[发明专利]电压控制振荡器

说明书

技术领域

本发明涉及一种电压控制振荡器以及一种操作电压控制振荡器的方法，更具体地，涉及一种电压控制振荡器以及将正交LC电压控制振荡器的I内核和Q内核强制在相同的共模电平的方法。

背景技术

许多通信系统在混频时都需要正交时钟信号以实现镜像抑制。典型地，可以使用图1中所示的以及下文中更为详细地描述的两个相同的电压控制振荡器(VCO)来产生正交时钟信号。正交时钟信号必须具有精确的90度相移，否则该相位关系中的任何误差都会导致输出数据中的误差。

一种已知的用于将两个相同的电压控制振荡器锁定为90度相移(即，为了实现正交)的方法是“交叉耦合”技术，该技术由A.Rofougaran等人在IEEE int.Solid State Circuits Conf.(ISSCC)Dig.Tech.Paper，PP.392-393，1996的“A 900MHz CMOS LC-oscillatorwith quadrature outputs”中著述。

这个观点由Chao-Shiun Wang等人在Proceedings of 2004 IEEEAsia-Pacific Conference on Advanced System Integrated Circuits 2004，4-5 Aug.2004 Page(s)：138-141的“A Low Phase Noise Wide TuningRange CMOS Quadrature VCO using Cascade Topology”中得以进一步改进。这篇论文中描述的VCO内核被用作本发明中VCO的基础，不过我们应理解，本发明还可以使用其他类型的VCO。

图2是根据上述Chao-Shiun Wang的参考文献的第一VCO内核4和第二VCO内核6的连接的示意图。这里不再详细讨论每个VCO内核4、6的连接。详细内容可以在上面提到的原始的Chao-Shium Wang参考文献中找到，其全部内容结合于此作为参考。

配置用于产生I信号的第一VCO 4包括如图所示连接的电感器41和可变电容器42。应注意，例如，可以使用模拟电压或数字选择来电压控制可变电容器。配置用于产生Q信号的第二VCO 6除输入和输出之外与第一VCO 4相同，并且还具有电感器61和可变电容器62。如上所述，例如，可以使用模拟电压或数字选择来电压控制可变电容器。

交叉耦合至VCO内核4、6(见图1和图2)的串联装置的操作使第一VCO内核4和第二VCO内核6以90度相位差工作。通过开关装置以及内核中的电流(由自动增益控制环控制并由偏置器件的匹配所影响)确定每个VCO内核中的共模电平。在理想的仿真状态下，匹配是完美的，并且I内核和Q内核工作在相同的共模电平下。然而，一旦引入实际的失配特性，共模电平就会偏离，这会带来导致相位差的结果。

在共模电平上的I和Q匹配的相依性(dependence)不会总是被观测到，因为有时会使用每个内核中两个分离的电感器来设计正交VCO，其中，两个电感器的各自一端均连接至正极供电线(positive supply rail)或接地。在Wang的电路的情况下，不可能使用这种结构。这是因为Wang的电路中在LC槽(tank)的上方和下方均需要开关装置。使用两个分离的具有接地或与电源连接的内核电感器会导致共模电平被强制在这个电压上，并且阻碍了开关装置的正确工作。鉴于这种限制，对共模电平的敏感度在Wang的电路中就成为更重要的问题了。

还有备选的方案。例如，可以通过提高偏置电路和开关装置中的匹配来减小装置失配的影响。然而，这是通过增大装置尺寸来实现的。这反而造成了增加芯片面积的缺点，更重要地，这增加了VCO内核中的寄生电容负载。这在诸如超宽带的高速通信系统中是非常关键的，因为它限制了VCO的最大振荡频率，并且由此限制了收发器的最大工作频率。因此，这种方案不可能应用于超宽带系统(其工作频率需要在8.5GHz或更高)的VCO中。

共模反馈还可以用来修正共模电平中的差。然而，这种方案所需的有源电路(active circuitry)耗费电能、面积和设计工作。共模反馈还具有产生附加噪声源的缺点，这在诸如具有很紧密的相位噪声需求(phase noise requirement)的超宽带系统中是个难题。

因此，本发明的目的是提供一种电压控制振荡器以及操作电压控制振荡器的方法，其可以避免上述缺陷。

发明内容