TW200922114A - Controllable oscillating system and related method for generating differential oscillating signal - Google Patents

Description

200922114 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係-種可控制振盪祕，尤指—種用來產生差動 振盪訊號的可控制振盪系統及其相關方法。 【先前技術】 般而5，在射頻（racii〇freqUenCy，RP)通訊應用中，需要 使用振盤電路(例如傳送端的主振盪器(master 〇sciuat〇r)或接收 端的本地振盈器(local oscmator))來產生差動振盪訊號以進行訊號 傳輸或接收，而對該振盪電路來說，其主要效能判斷標準在於相 位雜訊的雛。-般具有較低她雜的㈣電路代表於所欲之 基本頻率甙號外將產生較少的寄生訊號(Spuri〇us signai)，而通常此 種相位雜訊起因於該滅電路之絲元件巾所存在的低頻雜訊； 舉例來說，電感f容振I電路巾的絲元件健包含於該電感電 谷振盪電路中之父叉耦合驅動裝置内的電晶體。此低頻雜訊一般 被稱為卿__iekel· nGise)，並且會财駭所欲之基本頻率訊 號的頻率附近，因此將會產生相位雜訊。 π參照第1圖，第1圖是習知振盪電路1〇〇的概要示意圖。 如第1圖所示’振盈電路100 &含有可控制共振器(c〇ntr〇Uable 職_)_5、交叉耗合(cross_coupHng)^動裝置11〇以及用來提 供參考電流Iref的電流源⑴。可控制共振器_亦被稱為電感電 容共振器)係由電容C卜C2與電感L1、u所構成，而交叉麵合 200922114 驅動裝置110則由N型金氧半（NMOS)電晶體Q卜（32所構成， 並用來產生由振盪訊號S1與S2所組成的差動振盪訊號。在理想 情況下，於同-時間點下僅N型金氧半電晶體φ、Q2的其中: -會被導通’亦即’ N型金氧半電晶體φ、识在理想狀態下不 應同時處於導通狀態。然而，實際上，由於上述所提到之閃燦雜 訊的關係’ N型金氧半電晶體φ、Q2可能會被同時導通。以下 為了簡化敘述，在此假設僅考慮到起因於交叉輕合驅動裳置⑽ f tN型金氧半電晶體Q1的相絲訊，並且將該她雜訊模擬為 位於Ν型金氧半電晶體Q1之·端上的微小電壓源％。請參照 第2圖，第2圖係顯不第1圖所示之振盡訊號82與電壓源％實 際可能的電壓波形。由相位雜訊所產生的電壓源Vn可能會造成N 型金氧半f MQ1的導__解或過晚，其導通時間點取決 於電壓源Vn加上振盪訊號S2㈣壓總和係高於還是低於n型金 氧半電晶體Q1的臨界賴，亦即，在每次振魏號32的正負電 壓轉換期間，N型金氧半電晶體Q1、Q2皆可能會被導通；倘若 同時考慮N型金氧半電；φ、Q2所造成__訊，則此問 題將變得更加嚴重。 針對上述的問題，其中-種習知的作法係使用衰減裝置 ㈣nuatingde·)來絲她_，歸絲置制麵少主動 元件的回授增益，而_授物卩相纽大具有崎欲之基本 頻率訊號更小的頻率的訊號，如此_來，將可闕原先被放大的 低頻雜訊；其相關技_容揭露見於美國專利號6,风瓜盘 200922114 6,987,425的文件中，為了簡化敘述，在此省略其詳細的說明。 【發明内容】 本發明的目的之-係在於提供-雛_整通過振盈電路中 交又輕合驅練置之電流的可控制振鮮統，以減少相位雜訊。 依據本發明的實施例，其揭露—_來產生差動減訊號的 可控制振鮮、統。該可㈣振勤統包含有振㈣路與電流調整 裂置，其巾缝電路包含有可控制魏器、交,合驅動裝置與 電流源。蚊鮮驅練置_胁可控微綠，朗來驅動 可控制共振ϋ產生差絲舰號，㈣麵_接較叉耦合驅 動裝置並用來提供第H電流調整裝置係输於交叉搞合驅 動震置，並絲調整通過交又輕合驅動裝置的電流。 依據本發明的實施例’另揭露—種用來產生差動振盈訊號的 “ ^方法包含#提供具村控麵振器、交絲合驅動裝置 ^電W原的缝電路以及輕通過交㉔合驅練電流。交 練置_於可控制共翻並用來鶴可控制共振器以 ==號’而電流源_接於交叉獅動裝置，並用 8 200922114 【實施方式】 稱 在_書及後續的中請專利範圍當中使用了某些詞彙來礼啊 ▲疋的7L件。所屬領域巾具有通常知識者應可理解，製造商可能 2不同的名絲％呼同樣的元件。本酬書及後續的申請專利 At、、’不料獅絲來作為區分元件的方式，*是以元件在功 Γ上7差異來作為區分的基準。在通篇酬書錢續的請求項當 所=及的包含」係為一開放式的用語，故應解釋成「包含但 ^定於」3外’「输」—詞在此係包含任何直接及間接的電 氣連接手段。因此’若文中描述—第U耦接於—第二裝置， 則代表該第-裝置可直接魏連接於該第二裝置，或透過其他裝 置或連接手段間接地電氣連接至該第二裝置。 " <在不影響本發明的電路實作下’本發明在以下敘述中係假 j .在振魏號S2之準域雜超過電魏Vn的雜絕對值之 前^壓源vn所造成的雜訊能量大小被視為非常大㈣础咖） 的月b里’而在振盈訊號82的準位絕對值超過電獅％的準位絕 對值之後，此雜訊的能量大小則被視為是可忽略的。另外，由於 振盛訊號S2之斜率值S於振|訊號S2的準位絕對值超過電壓源 Vn的準位絕對值之前(亦即第2圖所示之㈣之間），斜率值$ 可被視為-財固定輪值，_在本發_實細巾係假設斜 率值S在此—狀況下的數值是固定的。對應於相位雜訊的輸出雜 訊電流Ion則可被視為由電壓源Vn所造成之電流j，(在轉換期間内 9 200922114 输將會由原衫向切換至另—相反方向)的兩倍大小再乘上一 == 伽虎S2之週期T的比值的函數，其中該時間間隔 曰JU2的準位絕對值低於電魏Vn之準位絕對值時的 日^細’例如時間間隔T2〜T3，所以，輸出雜訊電流bn的 由以下等式所決定：

Vn

Ion = 2 χ Ι'χ~- = 4χ Γχ-Υίΐ

SxT 5 等式(1) 如上所述，若振盈訊號S2係為一理想的方波，則幾乎不會產 生相位雜^，其理由是理想方波之每_訊號轉換邊卿_iti〇n edge)的斜率韻乎是無限大，啸出雜訊電流⑹的值會趨近於 零’所以相位雜訊的值將會大幅地減少H事實上藉由任何 已知的振盈電路來產生理想的方波是相當困難且不可行的。因 此，本發_實施娜另藉由動態地調整紐電路巾通過交叉麵 ^驅動裝置之電流的技術手段，來提供—槪齡每—訊號轉換 日守間内減少電麟Vn所造成之雜訊電流〗，的可控繼&系統，以 減少相位雜訊。 μ參,¾第3 ® ’第3圖是本發明第—實施例之可控制振盡系 統300的概要示意圖。如第3圖所示，可控制振盪系統3㈨包含 有振盪電路305與電流調整裝置31〇，其中振盪電路3〇5包含有可 控制共振器315、交又搞合驅動裝置32()與電流源325。電流調整 裝置310係由用以提供電流Iref’的電流源33〇、開關335與控制電 10 200922114 路34〇所構成可控制共振器3μ、交叉相合瓣裝置獅盥電法 源325的操作與功能係相同於可控制共振器1〇5、交又叙合驅動ς 置1Κ)與電流源U5的操作與功能，為了簡化說明，於此不、 述。電流調整裝置310係用來依據第3圖所示之節點νι上的電 準位選擇性地調整通過交又輕合驅動裝置獨之㈣金氧半電晶 體Q1與Q2的電流，其中節點N1上的電壓準位係對應於振堡訊 號S1與S2所組成的差動振盪訊號。電流調整裝置3ι〇完成如下 操作：利用控制電路340控制開關335的狀態(通路(〇n)/斷路 ㈣），從而經由節點N1選擇性地注入電流Iref，至電流源奶，以 依據可控制振盪系統300之節點N1上電壓準位的波形，動態地調 整通過N型金氧半電晶體Q1、Q2的電流。其中可控制振盪系統 300之節點N1上電壓準位的波形係顯示於第4圖中。在此應注意 到，電流源330所提供的電流Iref，並不限定為固定電流；例如， 亦可將電流Iref’的值設計成依據節點N1上電壓準位的值而定。 請參照第4圖，其係繪示第3圖所示之可控制振盪系統3〇〇 之振盪訊號SI、S2之電壓波形以及節點N1上的電壓準位波形。 如第4圖所示，當在每一訊號轉換時間内振盪訊號§1、82之電壓 波形跨越零值時，節點N1上的電壓準位值亦變成近乎為零，因 此，節點N1上的電壓準位值可用來決定何時電流調整裝置31〇須 注入電流Iref ’至電流源325 ’以及何時電流調整裝置3丨〇須停止注 入電流Iref’至電流源325。詳細來說，若節點N1上的電麼準位落 入一預定範圍内(例如ο~+νι ’其中νι係為小於電壓供應位準vcc 200922114 而大於零的電壓準位值），則電流調整裂置⑽會注入電流Iref，至 電流源325 ;反之’電流調整震置31〇 $停止注入電流Μ，至電流 源325。因此，當節點N1上的電壓準位值落入該預定範圍内時， 由於電流Iref會被注入至電流源325 +，所以通過N型金氧半電 :體Q1與Q2的電流將變得相對很小，如此電麗源％所造成的 電ml I亦變得較小，而輸出雜訊電流I〇n的值將會減少，亦即，相 位雜讯已被減少或消除了。 另外，電流調整裝置310的操作與功能亦可藉由]^型金氧半 電晶體來實現。請參照第5圖，第5圖是本發明第二實施例之可 &制振盈系統500的概要示意圖。由於n型金氧半電晶體Q3的 開極端係輕接於其本身的汲極端，所以N型金氧半電晶體⑺的 閘極端與汲極端的偏壓會使其位_和區(saturati〇nregi〇n)而處 於導通狀態’只要電壓降V3的值不低於N型金氧半電晶體Q3的 L界電壓，電壓供應準位Vcc所提供的電流即會經由N型金氧半 電^曰體Q3❿注入至電流源325中。也就是說，在本實施例中，該 預定範圍係指從零值卿型金氧半電晶體⑶之臨界電塵的範 圍。應注意的是，N型金氧半電晶體q3並非本發明的限制；熟悉 此，技藝者應能了解可另外使用其他不同類型的電晶體(例如p型 金財電晶體）、二極體或其他的電子元件來__地注入電流 至電流源325的目的。 此外’第3圖所示之電流調整裝置310亦可藉由使用控制電 12 200922114 路340備測振盪訊號幻、s 與交·_請之連接節;上; =整^型金氧半電晶體㈣之電流：= 要干:圖弟如Γ本發明第三實施例之可控制振M系統600的概 吣上電2辭^控制電路係設計為用來_節點 位波妒的差I 波形以及用來侦測節點犯前3上電塵準 交又二㈣3:=:f 咖所示咖= ΓΝ=Γ^__，，細來伽 與N3上之電壓準位的機制亦適用於本發明。 另外，顯然’熟悉此項技術領域者當可以理解，對電壓供應 準位1與接地雜進行輕設龍化後，亦可_ p型金鮮 電晶體來取代第3财所示之N型金氧半電晶體φ與吸。請參 照第7圖，第7圖是本發明第四實施例之可控制振盪系統的 =示意圖。如第7圖所示，電流調整裝置彻係依據可控制振 盛系統之節點ΝΓ上電壓準位的波形並藉由使用電流源咖、 開，5與控制電路選擇性地由電流源奶汲取出電流时,， 以動態地調整通過？型金氧半電晶體Φ’與Q2,的電流。其中控制 電路740的操作係類似於控制電路34〇的操作，為了簡化說明在 此不再贅述。當然，熟習此項技藝者應可了解到，於本發明 一實施例中電流調整裝置71G亦可依據缝訊號si與s2的 13 200922114 準位波形選擇性地由電流源725汲取出電流Iref，，而此亦落入本 發明的範疇。 再者，第3圖所示之電流調整裝置3〇〇與第7圖所示之電流 調整裝置700可應用於其他類型的電感電容式可控制振^系統 中。舉例來忒，第3圖所示之電流調整裝置3〇〇可應用於第8圖 中所示基於互補式金氧半(CM0S)電晶體的電感電容式可控制振 , 盪祕_ ’或是其亦可細於第9圖中所示以雙極接面電晶體 (BJT)為基礎的電感電容式可控制振盪系統_。因此，在閱讀上 述技術揭露後，熟悉此項技術領域者可了解如何針對第3、7、8、 9圖中所示之實施例進行其他可能的電路組麟計變化，故符合本 發明之精神的相關設計變化皆應落入本發明的範疇。 雖然本發邮峨佳實_絲如上，雜並_以限定本 發明’任何熟習此技藝者，於不脫離本發明之精神和範圍内，當 可做各種之更動與潤飾， 利範圍所界定者為準。 故本發明之保護範圍當視後附之申請專 【圖式簡單說明】

圖所不之振盪訊號與相位雜訊所模 際可能的電壓波形圖。 第3圖為本發明第一實 擬之電壓源之實 實施例之可控槪盪錢的概要示意圖。 14 200922114 第圖為第3圖所示之可控制振盪系統中振盈訊號與節點ni上的 電壓準位波形圖。 第5圖為本發明第二實施例之可控制振盪系統的概要示意圖。 第6圖為本發明第三實施例之可控制振盪系統的概要示意圖。 ^ 7圖為本發明細實施例之可控制振㈣、統的概要示意圖。 第8圖為本發明第五實施例之可控制振鮮統的概要示意圖。 第9圖為本發明第六實施例之可控制振i系統的概要示意圖。 【主要元件符號說明】 100'305 ~ 振盪電路 105 、 315 可控制共振器 110 > 320 交叉耦合驅動裝置 115、325、330、725、730 電流源 300、500、600、700、800、 900 可控制振盪系統 310、710 電流調整裝置 335 、 735 340、740 控制電路 Cl、C2 電容 — LI、L2 ~'~~- Q1 > Q2 ' Q3 N型金氧半電晶體 Ql，、Q2， P型金氧半電晶體_ 15 200922114 m、N2、N3、ΝΓ 節點 Vn 電壓源 Vcc 電壓供應準位 16

Claims (1)

1. 200922114 十、申請專利範圍： 1.種用來產生差動振盪訊號之可控制振盈系統，其包含有： 一振盪電路，包含有： 一可控制共振器； 一交叉輕合1_裝置，減於該可鮮m振n，用來驅 動該可控制共振器以產生該差動振堡訊號.以及 一電流源，耦接於該交叉耦合驅動裝置，用來提供一第 一電流；以及 -電流調整裝置’祕於該交又柄合驅動裝置，用來調整通 過該交叉耦合驅動裝置之電流。 2. 如申請專利範圍第丨項所述之用來產生差動振蘯訊號之可控制 振盪系統，其係一電感電容槽壓控振盪器，其中該可控制共振器 係一電感電容共振器。 3. 如申請專利範圍第1項所述之用來產生差動振盪訊號之可控制 振盪系統，其中該電流調整裝置係依據對應於該差動振盪訊號之 至乂、特疋電壓準位來選擇性地調整通過該交叉耗合驅動裝置 之電流。 4. 如申請專利範圍第3項所述之用來產生差動振盪訊號之可控制 振盪系統，其中該電流調整裝置係耦接於該電流源，以依據該特 定電壓準位選擇性地注入一第二電流至該電流源。 17 200922114 5. 如申請專利範圍第4項所述之絲產生差動振盪訊號之可控制 振盪系統，其中當該特定電壓準位落入一預定範圍内時，該電流 凋整裝置會注入該第二電流至該電流源，以及當該特定電壓準位 不落入該預定範圍内時，該電流調整裝置會停止注入該第二電流 至該電流源。 6. 如申請專利範圍第5項所述之絲產生差動麵減之可控制 振盪系統，其中該特定電壓準位係位於該電流源之一端上之 準位。 7. 如申請專利範圍第5項所述之用來產生差動振盪訊號之可控制 振盡系統，其中該電流調整裳置係依據對應於該差動振盪訊號之 複數個特定電壓準位選擇性地調整通過該交又搞合驅動裝置之 電流；以及鮮特定電壓準位係位於該可控制共振^與該交又叙 合驅動裝置之複數個連接節點上之電壓準位。 &如申請補範JS第4項所述之用來產生絲振㈣號之可控制 振盤系統，其中該交又搞合驅動裝置包含有—第—電晶體與—第 -電晶體H電晶體之-第—端係祕於該第二電晶體之— 控制端，該第二電晶體之-第—端係轉接於該第—電晶體之一控 制端’該第-電晶體之-第二端軸接於該第二電晶體之一第二 端，該特定縣準位係位於該第1晶體與該第二電晶體之該等 200922114 第二端上，以及該電流調整裝置包含有： -第二電晶體’該第三電晶體之—第—端與—控制端分別麵 接於-預定電壓準位，以及該第三電晶體之―第二端輕 接於該電流源。 9. 如申請專利範圍第3項所述之用來產生差動振盛訊號之可控制 振盪系統，其巾該電流調整裝置_接麟電流源，肖來依據該 特定電壓準位選擇性地由該電流源汲取一第二電流。 10. 如申請專利範圍第9項所述之用來產生差動振盛訊號之可控 制振盪系統，其中當該特定電壓準位落入一預定範圍内時，該電 流調整裝置自該電流職取該第二電流，以及當該狀電壓準位 不落入該預疋範圍内時，該電流調整裝置停止自該電流源汲取該 第二電流。 11. 如申請專利範圍第10項所述之用來產生差動振盡訊號之可控 制振盪系統’其中該特定電壓準位係位於該電流源之一端上之一 電壓準位。 12. 如申請專利範圍第9項所述之絲產生差動振盈訊號之可控 制振盈系統，其巾該電流調整裝鶴依據對應於該絲振盈訊號 之複數個特疋電壓準位選擇性地調整通過該交又搞合驅動裝置 之電，以及該等特定電壓準位係位於該可控制共振器與該交又 19 200922114 耦合驅動裝置之複數個連接節點上之電壓準位。 13. 如申請專利範圍第9項所述之用來產生差動振盪訊號之可控 制振盪系統，其中s亥父又麵合驅動裂置包含有一第一電晶體與一 第二電晶體’該第—電晶體之-第-端係_接於該第二電晶體之 一控制端，該第二電晶體之一第一端係耦接於該第一電晶體之一 控制端，該第一電晶體之一第二端係耦接於該第二電晶體之一第 ( 二端，該特定電壓準位係位於該第一電晶體與該第二電晶體之該 等第二端上’以及該電流調整裝置包含有： -第二電晶體’韻二電晶體之—第—端與—控制端分別耦 接於-預定電壓準位，以及該第三電晶體之—第二端輛 接於該電流源。 14. 一種用來產生差動振盪訊號之方法，其包含有： 提供一振盛電路，包含有： " 一可控制共振器； 一交又耦合驅動裝置，耦接於該可控制共振器，用來驅 動該可控制共振器以產生該差動振盪訊號；以及 一電流源，耦接於該交叉耦合驅動裝置，用來提供一第 一電流；以及 調整通過該交叉耦合驅動裝置之電流。 15. 如申請專利範圍第14項所述之用來產生差動振盈訊號之方 20 200922114 法，其中該調整通過該交又耦合驅動裝置之電流之步驟包含有： 依據對應於該差動振盪訊號之至少一特定電壓準位選擇性地 調整通過該交又耦合驅動裝置之電流。 16.如申請專利範圍第15項所述之用來產生差動振盪訊號之方 法，其中該依據該特定電壓準位選擇性地調整通過該交叉耦合驅 動裝置之電流之步驟包含有： -依據該特定電壓準位選擇性地注入一第二電流至該電流源。 17·如申請專利範圍第16項所述之用來產生差動振堡訊號之方 法，其中選擇性地注入該第二電流至該電流源之步驟包含有： 當該特^電壓準位落人-預定__，注人該第二電流至 該電流源；以及 當該特定電壓準位不落入該預定範圍内時，停止注入該第二 電流至該電流源。 1S.如申請專利範圍第n項所述之用來產生差動振盪訊號之方 法，其中該特定電壓準位係位於該電流源之一端上之一電壓準 位0 19.如申請專利範圍第1γ項所述之用來產生差動振盪訊號之方 法’其中該依據對應於該絲振盪訊號之至少—特定電壓準位選 擇性地碰通交絲合轉裝置之該電流之步驟包含有： 200922114 St差動振盪訊號之複數個特定電壓準_擇_ =通過該交又耦合驅練置之電流，其中該等特定電 壓準位係位於該可控㈣振騎做絲合驅崎置之 複數個連接節點上之電座準位。 2〇.如申請專利範圍第ls項所述之用來產生差動振蘯訊號之方 法，其中該依據該特定電壓準位選擇性地調整通過該交叉柄合驅 動裝置之電流之步驟包含有： 依據該特定賴準位選擇性地自該電流源汲取—第二電流。 21.如申明專利範圍第20項所述之用來產生差動振盈訊號之方 法，其中選擇性地自該電流源汲取該第二電流之步驟包含有： 當该特賴準位落人-敢賴㈣，自該電流源汲取該 第二電流；以及 當該特定電壓準位不落入該預定範圍内時，停止自該電流源 汲取該第二電流。 22.如申請專利範圍第21項所述之用來產生差動振盪訊號之方 法’其中該特定電壓準位係位於該電流源之一端上之一電壓準 位。 23.如申請專利範圍第21項所述之用來產生差動振盪訊號之方 法’其中該依據對應於該差動振盪訊號之至少一特定電壓準位選 22 200922114 擇性地調整通過該交叉耦合驅動裝置之電流之步驟包含有： 依據對應於該差動振盪訊號之複數個特定電壓準位選擇性地 調整通過該交叉耦合驅動裝置之電流，其中該等特定電 壓準位係位於該可控制共振器與該交叉耦合驅動裝置之 複數個連接節點上之電壓準位。 十一、圖式：