[发明专利]用于低功率低相位噪声振荡器的自注入锁定

说明书

为了产生低功率、低相位的噪声振荡信号，使用振荡器(102)产生具有基频分量和N次谐波分量的信号(112)。N为选择的整数，并且N1。信号通过Q因子≥5的带通滤波器(108)进行滤波。滤波器(108)使N次谐波分量作为滤波后的N次谐波分量(106)通过。将滤波后的N次谐波分量(106)注入到振荡器(102)中以自注入锁定信号的基频。

技术领域

本发明大体上涉及振荡器电路，并且更具体地涉及低功率、低相位噪声时钟信号发生器。

背景技术

存在各种具有各种类型的限制的用于生成电子器件时钟信号的方法。例如，石英晶体振荡器可能对约200MHz以下的频率有用，并且可以提供具有很少相位噪声的高度稳定的频率输出，但可能对温度和振动敏感，并且可能面临大小或频率的限制。连接至分频器(和MEMS(微机电系统)振荡器的LC振荡器(诸如体声波(BAW)谐振器)也可以用于产生在实际情况中有用的时钟。然而，由于振荡器频率的跃迁，分频器电路通常会耗电，并且处于相对较低频率(诸如200MHz至1GHz)的MEMS振荡器可能太大而无法配合器件面积预算。

图2A示出了振荡器的锁定范围图200的示例。对于以特定基频ω₀ 202工作的振荡器，将促使振荡器进行注入锁定的注入信号的振幅和频率范围(如下所述)称为振荡器的“锁定范围”204。当第一振荡器受到工作在附近频率的第二振荡器的干扰，并且耦合足够强并且频率足够接近时，第二振荡器可以“捕获”第一振荡器，从而促使第一振荡器以与第二振荡器近似相同的频率振荡。这是注入锁定。因此，对于具有不同工作频率的第一和第二振荡器，第二振荡器信号的最小振幅将促使第一振荡器注入锁定至第二振荡器的工作频率。在该最小振幅之下，在区域206处，第一振荡器将不会锁定。用于注入锁定的最小振幅主要由第一和第二振荡器的工作频率、这些频率之间的差以及振荡器的相应结构来确定。当第二振荡器的信号继续以足够的振幅注入第一振荡器时，第一振荡器将继续以(约)第二振荡器的工作频率输出信号。关于注入锁定，尤其是关于振荡器对注入信号的时间相关灵敏度，参见例如图5。

当第一振荡器的工作频率在第二振荡器的工作频率的谐波附近时；或当第一振荡器的工作频率的谐波在第二振荡器的工作频率附近时；或者当第一振荡器的工作频率的谐波接近第二振荡器的工作频率的谐波时，也会发生注入锁定。

振荡器的输出可以输入回振荡器中，以引起自注入锁定。由充分组延迟的振荡器输出信号在振荡器上引起的自注入锁定可以致使自注入锁定振荡器输出信号中的相位噪声大大降低。

图2B示意性地示出了自注入锁定锁相环208(SILPLL)的示例。参见在2014年在台北的《2014IEEE国际频率控制论文集(FCS)》(“2014IEEE International FrequencyControl Symposium(FCS)”)第1-4页由L.Zhang、A.Daryoush、A.Poddar和U.Rohde发表的“使用自注入锁定和锁相环(SILPLL)降低振荡器相位噪声(Oscillator phase noisereduction using self-injection locked and phase locked loop(SILPLL))”，其通过引用并入本文。如图所示，SILPLL208包括串联成环的压控振荡器210(VCO)、自锁相环212(SPLL)、1km至3km的光纤电缆214和自注入锁定(SIL)块216，1km至3km的光纤电缆214用于引入群延迟，使得注入锁定将降低VCO 210输出中的相位噪声，自注入锁定(SIL)块216将群延迟的VCO 210的输出注入回VCO 210中。VCO 210的输出包括SILPLL 208的输出(通过10dB耦合器)，并被反馈回SPLL 212。(MZM代表马赫曾德尔调制器。)如图所示，SILPLL 208中的相位噪声改善与由光纤214引入的延迟时间成比例。由于实现相位噪声改善所需的光纤214的长度，器件面积的地板(如图所示由SILPLL 208要求)在VCO 210输出中实现明显的相位噪声降低。