[发明专利]具有最小化相位噪声用的可调谐滤波器的振荡电路

说明书

技术领域

本发明涉及具有在第一谐振频率处谐振的谐振装置的振荡电路装 置，并包括压控振荡器装置。本发明也涉及一种将振荡电路装置的相 位噪声最小化的方法，该振荡电路装置包含在第一谐振频率处谐振的 谐振装置，并包括压控振荡器装置。

背景技术

包括一个或多个压控振荡器(在下面表示为VCO)的许多不同振荡 电路装置已为人所熟知。保持相位噪声尽可能低是至关重要的。常用 的VCO拓朴包括共源极/共发射极交叉耦合差分对(cross-coupled differential pair)，它吸引人的原因是其较低的相位噪声、稳固的操作 及它可制作得非常小。在示出技术发展水平的图1A中，以示意图方 式示出在标准配置中的交叉耦合差分对VCO。电流源I_in设置电流偏 置。电流源可以基于晶体管，但它也可只包括电阻器。电流源周围可 提供有各种滤波器以便抑制噪声。此类配置主要有三个缺陷。第一， 电流源生成转换为振荡器相位噪声的噪声。第二，电流源需要有一定 的DC压降以便正常工作。这又意味着保留用于VCO核心部分的电 压将更少，从而使得所述相位噪声将不会降到最低。第三，RF频率 处的电流源的有限阻抗使谐振器负载增加，这也使得相位噪声将不必 要地变高。除此之外，有限的阻抗有可能增大电流消耗。

图1B是大致等于图1A配置的备选已知配置，但不同之处在于电 流源已去除，即它只是图1A VCO的接地源极节点(source node)形式。 通过去除电流源，当然可以消除电流源产生的噪声，并且它不需要额 外的电压。但是，与图1A实施例相比，谐振器的负载将增加相当大。 此外，此类配置将不能抑制共模信号和扰动，并且因此它将对噪声很 敏感。另外，电流消耗会增大。

图1C显示还有的另一个已知配置，它类似于图1A的配置，但图 中电流源已替代为电感器，电感器与源极节点中的寄生电容一起在工 作频率两倍的频率处谐振，并因此将充当电流源。电感器L₀选择为使 得它将在VCO工作频率两倍的频率2xω₀₀处与晶体管源极节点中的总 寄生电容一起谐振。在理论上，在2xω₀将具有无限阻抗，这意味着谐 振器的负载降到最低，并且它不消耗额外的电压，并只生成小量的噪 声。它也可具有噪声滤波效果，并减少谐振器腔的负载。例如，在“RF CMOS VCO中的尾电流噪声抑制”(“Tail current noise suppression in RF CMOS VCOs”by P.Andreani and H.，IEEE Journal of Solid-State Circuits，Vol.37，No.3，March 2002)和“降低LC振荡器相位噪声的 滤波技术”(“A filtering technique to lower LC oscillator phase noise”，by Hegazi，E；Sjoland，H；Abidi，A.A.；IEEE Journal of Solid-State Circuits， Vol.36，No.12，Dec.2001)中示出了类似的结构。但是，此类配置 将仍有缺陷，首先，电流偏置对栅/基极偏压(bias)变化十分敏感，并 因此对温度和工艺变化十分敏感，这类似于图1B的配置。此外，它 只在极窄的频带提供优化性能，并且在频率调谐方面表现很差，并且 也对工艺变化十分敏感。此问题可能很严重，特别是在低偏移频率时。

这种情况对于单端配置也类似，如也在上面所述的Hegazi等人的 文献中所示的考毕之晶体管(Colpitts transistor)。

发明内容

因此，需要如最初所述具有低相位噪声的振荡电路装置。尤其需 要一种振荡电路装置，其中，施加的电流偏置使谐振器负载尽可能地 少。具体而言，需要一种也具有良好切换性能，即高切换速率的振荡 电路装置。此外，需要一种稳固且具有低电流消耗的装置。具体而言， 需要一种在宽频带中具有良好性能，并且对工艺变化不敏感，具有稳 定电流偏置，即对栅/基极偏压等不敏感的装置。具体而言，需要一种 能够在宽频带中在低偏移频率处也具有高性能，又可制作成小尺寸器 件的装置。还需要一种便宜且易于制造，且具有极低相位噪声的装置。

也需要如最初所述将振荡电路装置相位噪声降到最低的方法，通 过该方法可实现一个或多个上述目的。