[发明专利]除以二注入锁定环式振荡器电路

说明书

技术领域

所揭示的实施例大体上涉及包括可在无线通信系统中操作的频率除法器的频率除法器。

背景技术

对于例如无线通信系统等一些应用来说，包括频率除法器电路为有用的。在一个实例中，频率除法器接收振荡输入信号，对所述输入信号进行频率除法运算，且产生经降频除法运算的振荡输出信号。所述频率除法运算的特征在于以整数进行的频率除法运算。在无线通信系统内，可见频率除法器频繁地用作无线电收发器(发射器/接收器)的一部分。在无线电收发器内的一个实例中，频率除法器可用以接收来自本机振荡器(LO)的振荡信号，对所述振荡信号进行降频除法运算，且产生两个较低频率的输出信号：差分同相(I)输出信号和差分正交(Q)输出信号。输出信号I和Q的频率可(例如)为输入信号的频率的一半。Q输出信号具有与I输出信号的频率相同的频率，但在相位上相对于I输出信号移位90度。因而，差分输出信号I和Q据称为在相位上正交。经降频除法运算的输出信号的集合可(例如)供应到无线电收发器的接收链中的混频器。此情形为频率除法器在无线通信系统内的仅一种应用。还可见频率除法器用于本机振荡器内的锁相回路内，或还可用以对无线通信系统电路内的其它处的信号进行频率除法运算。

图1(现有技术)为一种类型的频率除法器电路1的图。频率除法器1包括两个常规注入锁定频率除法器(ILFD)2和3。频率除法器1接收差分输入信号LO，其包含导体4上的信号LO+和导体5上的信号LO-。频率除法器1产生两个差分输出信号I和Q。差分输出信号I包含导体6上的信号I+和导体7上的信号I-。差分输出信号Q包含导体8上的信号Q+和导体9上的信号Q-。ILFD 2与ILFD 3两者为一种类型的振荡电路。举例来说，如果将具有恒定电压的输入信号施加到ILFD 2，那么ILFD 2将仅以其自身的自然频率进行振荡。然而，如果将具有在可接受频率窗内的足够振幅的振荡输入信号施加到ILFD 2，那么ILFD 2将“锁定”到振荡输入信号的频率且以振荡输入信号的频率的一半进行振荡。因此，频率除法器2可操作以用整数二对输入信号LO进行频率除法运算，且产生在相位上正交的输出信号。虽然图1的电路在一些应用中令人满意地操作，但其具有诸多限制。归因于电感性负载的使用，常规ILFD的物理大小为不合需要地大。此外，电感器在较大电路的情形下充当电磁干扰(EMI)的发射器和接收器两者。因此，电感器抑制其它电路元件的性能，且频率除法器1的性能受其它电路元件抑制。此外，对于典型的输入信号振幅来说，常规ILFD将可靠地“锁定”到且因此进行除法运算的输入频率的范围限于中心调谐输入频率的相对较小百分比。可通过增大输入信号振幅或减小电感器质量因数来实现更大范围，但此方法消耗较多功率。精细数字控制的电容器调谐组可用以将ILFD的有效范围扩大到为中心调谐输入频率的30％到40％的实际范围，但此方法为不合需要地复杂且消耗裸片面积。

图2(现有技术)为另一种类型的频率除法器电路10的图。频率除法器10包括两个交叉耦合的共模逻辑(CML)电路11和12。频率除法器10接收差分输入信号LO，其包含导体13上的信号LO+和导体14上的信号LO-。除法器10产生两对差分输出信号I和Q。差分输出信号I包含导体15上的信号I+和导体16上的信号I-。差分输出信号Q包含导体17上的信号Q+和导体18上的信号Q-。CML电路11包括晶体管TR1到TR6。将LO-供应到晶体管TR3，且将LO+供应到晶体管TR4。晶体管TR1和TR2感测CML电路12的状态，且在TR3通过LO-时控为高时将此状态转移到CML电路11的负载电阻器。当TR3通过LO-时控为低且TR4通过LO+时控为高时，晶体管TR5和TR6在时钟循环的此阶段期间锁存CML 11的电阻器的状态。以此方式，输出信号I+和I-以LO的频率的一半进行振荡。类似地，输出信号Q+和Q-以LO的频率的一半进行振荡。然而，由于CML 12与CML 11相比接收处于相反极性的LO+和LO-，因此差分输出对(Q+、Q-)与差分输出对(I+、I-)在相位上为正交的。频率除法器10的限制在于，除法器的输出电压摆幅并非为轨对轨的。实际上，频率除法器10的低输出摆幅仅可达到高于接地(VSS)几百毫伏。由于此减小的范围，除法器的相位噪声性能相对于其它解决方案为低的。此外，必须使用轨对轨转换器来使频率除法器10与反相器类型的无源混频器缓冲级介接。轨对轨转换器在数百兆赫兹到数千兆赫兹的频率范围中消耗大量功率。