[发明专利]具有动态偏置的RF缓冲器电路

说明书

技术领域

本发明大体涉及与诸如压控振荡器(VCO)之类的RF部件结合使用的RF缓冲器电路。

背景技术

压控振荡器是在诸如RF通信系统的频率合成器之类的各种各样RF电子应用中所使用的公知的器件。不管它们的设计有何新发展，VCO仍然被认为是RF收发器中最关键的设计部件之一。通常，VCO最重要的参数是相位噪声、功耗和频率调谐范围。输出缓冲器电路经常用于对VCO的输出进行放大并且将VCO与负载状况进行隔离。

为了满足3G无线通信标准中严格的相位噪声规范(例如CDMA 1X和其它协议中的那些规范)，现有的VCO生成具有宽摆幅(wide swing)(通常达到3V)的差分输出电压。该宽电压摆幅往往减小位于缓冲VCO的输出的缓冲器电路中的CMOS晶体管的可靠性。施加到缓冲器的宽摆幅导致其高于缓冲器电路的晶体管上的理想的栅极到漏极的电压V_GD和栅极到源极的电压V_GS，由此使这些晶体管承受压力并且由于热载流子注入(HCI)和栅极氧化层击穿两者而产生可靠性问题。由于使用深亚微米工艺，可靠的操作是最重要的并且变得更具挑战性。

另外，在便携无线设备中，保持功耗最小化以延长电池寿命是有利的。由于SAW滤波器被从收发器集成电路中去除，所以重要的是实现相位噪声性能，尤其是极端的相位噪声(far out phase noise)。

期望VCO及其缓冲器电路在维持低相位噪声操作的同时实现低电流损耗和高可靠性的目标。

发明内容

用于压控振荡器(VCO)的RF缓冲器电路包括动态偏置电路以选择性地对输出电压波形的相位进行翻转。在CMOS的实施方式中，在输出路径中应用PMOS/NMOS对。在高(电压)摆幅模式状况期间，对输出的相位进行翻转以使输出的波形与出现在PMOS/NMOS对的栅极处的电压同相。由此该技术减小了栅极到漏极的峰值电压，并且允许采用经得起低相位噪声和低功耗的配置的MOS器件的可靠性提高。

在示例性的实施例中，缓冲器电路包括第一晶体管和第二晶体管以及动态偏置电路，使得基于在第一晶体管和第二晶体管中的一个或另一个处的输入电压摆幅状况，第一晶体管和第二晶体管上的缓冲后的输出电压基本上与第一晶体管或第二晶体管的输入端处的振荡电压同相，或基本上与该振荡电压异相。由此，可以减小晶体管上的峰值电压，允许采用经得起低相位噪声和低功耗的配置的晶体管的可靠性提高。

动态偏置可以包括对晶体管偏置状况进行切换的切换电路，使得在高输入电压摆幅模式状况期间，缓冲后的输出电压基本上与第一晶体管和第二晶体管的输入端处的振荡电压相位对准。在低输入电压摆幅模式状况期间，缓冲后的输出电压基本上与振荡输入电压异相。可以包括振幅检测器/控制器来检测输入电压摆幅模式状况，并且通过控制RF缓冲器电路的偏置电压来对该状况进行响应，以便实现相位对准。

附图说明

图1是VCO核心电路以及具有独立的上缓冲器电路部分和下缓冲器电路部分的典型RF缓冲器电路的电路级图。

图2是VCO核心电路的替代结构的电路级图。

图3示出了图1所示的上缓冲器电路部分和下缓冲器电路部分的各个节点处的电压特性。

图4是根据一个示例性实施例的RF缓冲器电路的示意图，其中以框图示出下缓冲器电路部分，而以更详细的电路细节示出上电路部分。

图5是根据另一个典型实施例的RF缓冲器电路的示意图，其中以框图示出上缓冲器电路部分和下缓冲器电路部分，而也以更详细的电路细节示出上缓冲器电路部分。

图6A和图6B示出了图5所示的上缓冲器电路部分中的分别用于实施两个开关模块的示意图。

图7A和图7B示出了用于实施图5所示的振幅检测器/控制器的替代示例性实施例。

图8A和图8B是分别示出了图1和图4(和图5)所示RF缓冲器电路的各个对应晶体管端子处的示例性电压波形的曲线图。

具体实施方式

下面结合附图给出的详细描述旨在作为本发明的示例性实施例的描述，并且并非表示能够实践本发明的仅有实施例。该描述中使用的词语“示例性”表示“用作示例、例子或举例说明”，并且不应当必然被认为相对于其它示例性实施例是优选或有利的。该详细描述包括用于提供对本发明的示例性实施例的全面理解的目的的特殊细节。本领域技术人员应当清楚的是，可以在不使用这些特殊细节的情况下实践本发明的示例性实施例。在一些例子中，以框图的形式示出公知的结构和设备，以便避免使本文提出的示例性实施例的新颖性变得模糊。