[发明专利]具有高线性度的正交振荡器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于产生同相信号和正交信号的振荡器电路、以及一种用于控制同相信号和正交信号的振荡频率的方法。

背景技术

高频压控振荡器(VCO)广泛地用于集成电路中，其范围可以从高数据速率光通信中的时钟恢复到无线通信中的频率合成器。可以利用变容二极管来实现对这些VCO的频率调谐。

IQ(同相/正交)振荡器是用于射频(RF)收发机的重要构件块。例如，当在IQ下变频器中和在数据和时钟恢复(DCR)单元的发射机部分中需要正交信号时，极少的解决方案可应用。传统技术是基于产生双频频率的信号随后2分频。然而，该技术由于获得双倍RF频率的振荡器、分频器和缓冲器方面的技术限制和困难而受到制约。高频遇到的另一问题在于变容抗器和关联的寄生电容的品质因子，这使有效的调谐范围减小。确保该频率处的可保持性是非常困难的任务。基于变容抗器的任何解决方案将受到这些因素的制约。

另一可能性在于，利用具有多相滤波器(polyphase filters)的单相振荡器或使用了相减和相加的Weaver技术来产生正交信号。然而，在高频下也不能应用这些解决方案。高频加法器、减法器、限幅器和移相器难以实现。良好的π/2移相器难以在这些频率上实现，并且宽带加法器和减法器以及限幅器也由于难以实现而不在讨论之列。如果以LC部分实现，对于多相滤波器也是如此。

例如，在US 6,188,292中讨论了一种可能的解决方案，其中，提出了一种基于耦合的IQ振荡器。以环形拓扑来耦合第一和第二固定频率的LC振荡器，从而产生可变频率输出。通过改变两个振荡器之间的耦合来实现频率变化。可以通过使用可变电流或电压源来改变耦合。这种已知的IQ振荡器在低频上工作良好，但是由于LC谐振(LCtank)所预期的大寄生电容而导致在几GHz的较高频率上不能正确工作。事实上，电感器将具有两个并联的栅极-源极电容，这限制了较高频率上的正确操作。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种改进的IQ振荡器电路，甚至在高频上也不需要任何变容抗器并具有高线性度。

该目的通过如权利要求1所述的振荡器电路和如权利要求12所述的方法来实现。

因此，所提出的解决方案基于两个实质上相同的振荡器装置或部分，包括差分振荡器部分和差分耦合部分。振荡器频率的变化可以通过控制振荡器和耦合部分的共模电流和/或尾电流来实现。具体地，可以在耦合和振荡器部分中差分地控制和改变尾电流。在这两种情况下，可以获得线性调谐特性。因而振荡器不需要变容抗器和/或切换的电容，从而可以在非常高的频率上实现完全一体化(integration)。

第一和第二差分振荡器电路每个均可以包括差分科尔皮兹(Colpitts)型振荡器。这些第一和第二差分科尔皮兹型振荡器每个均可以包括第一差分晶体管级作为用于组合第二差分晶体管级的尾电流的下级(under-stage)。因此，仅获得了一个将噪声注入LC谐振中的噪声源，而不是电流发生器在差分科尔皮兹型振荡器的两个分支中的传统电路的两个不相关的噪声源。

差分耦合电路可以包括与第一差分晶体管级并联连接的第三差分晶体管级。然后，可以在形成了第一和第二差分振荡器电路的谐振电路线圈的共模点的偏置点处连接第二差分晶体管级的晶体管的相应控制端。该偏置点可以经由共模电阻器与供电电压相连。该措施提供了以下优点：偏置点具有来自电源的一些抑制(rejection)，以及由于共模电阻器和线圈的存在而导致振荡器与电源相隔离。

频率控制装置可以被配置成差分地改变第一和第二差分耦合电路的尾电流。具体地，频率控制装置可以被配置成经由调谐电阻器将调谐电压应用于第一和第二差分耦合电路晶体管的相应发射极端。这种差分调谐具有多个优点，尤其在锁相环(PLL)配置中。例如，可以显著地降低对于共模信号和电源变化的一阶灵敏度。

此外，第一和第二差分耦合电路可以与相应的缓冲电路连接，用于连接第一和第二振荡器装置。这些缓冲电路可以通过相应的电流源进行驱动，这些电流源可以产生第一和第二振荡器装置尾电流值的1.5倍的电流。

此外，可以提供相位调节电路用于将第一和第二振荡器装置的相应输出端连接以提供相位匹配。因此，可以防止相位正交关系的削弱。

在从属权利要求中限定了其它有利的修改。

附图说明

现在将参照附图，基于优选实施例对本发明进行描述。

图1示出了实现了根据本发明优选实施例的振荡器电路的收发机电路的示意框图；

图2示出了耦合振荡器电路的示意框图；