[发明专利]射频电压控制振荡器及其设计的方法

说明书

技术领域

本发明关于一种射频(radio frequency，RF)电压控制振荡器(voltagecontrolled oscillators，以下简称VCO)，尤指具有低相位噪声的VCO及其设计的方法。

背景技术

数字手机应用的射频通信往往依赖模拟电路(analog circuit)来产生不同的通道频率(channel frequency)。所以，VCO就变成了射频通信装置中很重要的组件之一。例如，在发送器(transmitter)中，VCO用作是主振荡器(masteroscillator)，而在接收器(receiver)中，VCO就用作是本地振荡器(localoscillator)。

在VCO内嵌到芯片内的频率合成器(frequency synthesizer)的过程中，最需要克服的困难之一是伴随着产生的大量的相位噪声(phase noise)。相位噪声一般指的是波形信号的相位发生快速、短暂、且随机出现的扰动，一般是因为时域(time domain)中不稳定(instability)现象引起的，且大多数存在于VCO使用的主动组件中。这种低频率噪声信号，当出现在双极型接面晶体管(bipolar)或是金属氧化物半导体(metal oxide semiconductor，以下简称MOS)晶体管时，常常也称为闪烁噪声(flicker noise)、或是简称为噪声。

与那些以固定电压来偏压的VCO相比，以固定电流进行偏压的VCO会对来自电源的共模(common mode)扰动有比较高的抵抗性，对于工艺条件的偏差比较不敏感，且具有比较高的电压振幅。然而，在恒定电流源中的主动组件中所产生的噪声，会被升频(up-converted)而混入VCO的一个电感电容槽(LC tank)中，因此恶化或是增加了相位噪声。为了防止这种噪声的升频效应，需要使用各种主动或/和被动组件。

图1显示现有技术中一种RF VCO的电路图，而其中有一个偏压双极型晶体管(biased bipolar transistor)Bd用来当作一个尾端电流源，来对差动振荡器(differential oscillator)进行偏压。业界已经普遍了解双极型晶体管具有相当低的噪声。就算图1中的双极型晶体管Bd中的噪声被升频而混入上面的差动振荡器，对于VCO的相位噪声的影响也是几乎可以忽略的。但是，如果要在芯片上同时制造互补型金属氧化物半导体晶体管CMOS与双极型晶体管，这样的工艺跟在芯片上只有制造互补型金属氧化物半导体晶体管CMOS的工艺比较起来，是相当复杂而且昂贵的。

图2是另一个现有技术的RF VCO的电路图。在图2中，有一个低通滤波器(包含电感Ld与电容Cd)设置在差动振荡器与恒定电流源之间。而这样的低通滤波器可以滤除来自恒定电流源的漏极的噪声。只是，实作上，电感Ld和电容Cd必须要相当的大，才能够有效地把噪声拉到接地电源线去，而考虑实际成本之下，这样大的电感Ld和电容Cd并不太可行。

发明内容

有鉴于此，需提供一种可有效抵抗相为噪声的电压控制振荡器。

本发明实施例提供一种射频电压控制振荡器，包含有差动振荡器以及串接式电流源。串接式电流源提供恒定电流偏压到差动振荡器。串接式电流源包含有第一已偏压晶体管、第二已偏压晶体管、以及低通滤波器。第一已偏压晶体管连接到差动振荡器。第二已偏压晶体管与第一已偏压晶体管串接。低通滤波器串接于第一与第二已偏压晶体管之间。

本发明实施例提供一种设计射频电压控制振荡器的方法。设置差动振荡器与串接式电流源，使串接式电流源提供恒定电流偏压，以驱动差动振荡器。其中，串接式电流源包含有相互串接的两个已偏压主动组件以及低通滤波器。低通滤波器串接于所述的两个已偏压主动组件之间。

本发明可以在具有较低系统成本以及复杂度的情况下有效地抵抗相位噪声。

附图说明

图1显示现有技术RF VCO的电路图。

图2显示现有技术RF VCO的电路图。

图3为依据本发明所实施的电流偏置RF VCO的电路图。

图4为依据本发明所实施的另一电流偏置RF VCO的电路图。

图5为依据本发明所实施的电压偏置RF VCO的电路图。

图6绘示了三条曲线，分别表示图3-图5中RF VCO的输出信号的相位噪声与来自基础频率f₀的偏移频率的关系。

图7显示了从图3-图5中RF VCO的输出端所探测到的输出波形。

图8显示了依据本发明所实施的RF VCO的电路图。