[发明专利]低功率低相位噪声的振荡器

说明书

本公开描述了低功率、低相位噪声(LPLPN)振荡器。LPLPN振荡器(100)包括谐振器负载(102)、放大器级(104)和环路增益控制电路(106)。谐振器负载(102)被构造成以主谐振频率谐振。放大器级(104)与谐振器负载(102)耦合以产生在主谐振频率处达到峰值的环路增益。环路增益控制电路(106)与放大级(104)耦合，并被构造成调节环路增益以便于放大器级(104)在主谐振频率处生成振荡信号并在寄生并联谐振频率(PPRF)处抑制噪声信号。

技术领域

本申请针对振荡器，并且更具体地针对基于微机电系统的振荡器。

背景技术

常规的基于微机电系统(基于MEMS的)的振荡器采用各种技术来避免闩锁效应。当振荡器生成两个差分输出(其中一个输出保持在高电压(例如，内部电源电压VDD)并且另一个保持在低电压(例如，内部接地电压VSS))时，发生闩锁效应。因此，经历闩锁的振荡器通常不生成任何振荡信号。一种方法涉及将电容器添加到振荡环的源端以增加振荡环的有效跨导。通常，增加的电容器的电容越大，有效跨导越大，并因此更有可能避免闩锁效应。

然而，为了防止各种弛豫振荡条件，增加的电容器的电容通常不超过振荡环的负载电容。根据负载电容的大小，可能会抑制增加的电容器提供足够用于提高有效跨导的电容。因此，增加的电容器可能不足以避免闩锁效应，同时防止弛豫振荡条件。替代方法涉及增大振荡环的可操作电流，这有助于增加振荡环的有效跨导。然而，这种替代方法需要更大的功耗，这可能为包含振荡器的电路带来各种设计约束。

除了闩锁效应之外，常规的基于MEMS的振荡器通常由于焊线的寄生电感而表现出寄生效应。这些焊线可以在MEMS芯片和与MEMS芯片交互的集成电路之间找到。在某些条件下，这些寄生效应可能会中断振荡器的操作。例如，焊线的寄生效应可以在寄生并联谐振频率(parasitic parallel resonant frequency，PPRF)下将振荡器的环路增益推高到单位元素以上。因此，具有这些寄生效应的振荡器可生成在其预期可操作频率范围之外振荡的噪声信号。

发明内容

在一个实施方案中，LPLPN振荡器包括谐振器负载、放大器级和环路增益控制电路。谐振器负载被构造成以主谐振频率谐振。放大器级与谐振器负载耦合以产生在主谐振频率处达到峰值的环路增益。环路增益控制电路与放大器级耦合，并且其被构造成调节环路增益以用于促进放大器级在主谐振频率处生成振荡信号，并在寄生并联谐振频率(PPRF)处抑制噪声信号。

在另一实施方案中，LPLPN振荡器包括基于微机电系统(基于MEMS)的谐振器、一对交叉耦合的放大器和电感-电容(LC)退化电路。基于MEMS的谐振器被构造成以主谐振频率谐振。该对交叉耦合的放大器与基于MEMS的谐振器耦合，以生成在主谐振频率处达到峰值的环路增益。LC退化电路与该对交叉耦合的放大器耦合，并且其被构造成调节环路增益以用于促进该对交叉耦合的放大器在主谐振频率处生成振荡信号并在寄生并联谐振频率(PPRF)处抑制噪声信号。

在又一实施方案中，LPLPN振荡器包括电感-电容(LC)负载网络、第一级放大器、第二级放大器和环路增益控制电路。电感-电容(LC)负载网络被构造成以主谐振频率谐振。第一级放大器与LC负载网络的第一端耦合。第二级放大器与第一级放大器交叉耦合，并且与LC负载网络的第二端耦合，以与第一级放大器共同产生环路增益。环路增益控制电路被耦合在第一级放大器和第二级放大器之间。环路增益控制电路被构造和路由成在主谐振频率处将环路增益增加到单位元素以上，并且在寄生并联谐振频率(PPRF)处将环路增益降低到单位元素以下。