[发明专利]校准注入锁定振荡器

说明书

本公开的实施例涉及校准注入锁定振荡器。提供了一种用于校准注入锁定振荡器的电路。注入锁定振荡器包括注入锁定输入、LC谐振回路和用于输出振荡器输出信号的振荡器输出。该电路被配置为将LC谐振回路的电容调节到不同的值，当具有目标频率的输入信号被应用于注入锁定输入时，针对每个值检测振荡器输出信号的幅度，确定检测到的幅度中的最大幅度，并且基于所确定的最大幅度选择用于操作注入锁定振荡器的值。

技术领域

本公开涉及用于校准注入锁定振荡器的电路和方法、包括这种电路的注入锁定振荡器、以及包括这种注入锁定振荡器的倍频器、分频器和放大器。

背景技术

注入锁定振荡器可以用在不同的电子电路中，诸如倍频器、分频器和放大器。

通常，注入锁定振荡器可以基于交叉耦合的LC振荡器。图1示出了包括注入级20和交叉耦合的LC振荡器22的注入锁定振荡器14的示意图。注入级20包括具有端子in+和in-的差分注入锁定输入。端子in+经由耦合电容器耦合到第一注入晶体管30的栅极，并且端子in-经由耦合电容器耦合到第二注入晶体管32的栅极。注入晶体管30、32的源极耦合到参考电位，诸如地，并且注入晶体管30和32的栅极使用电阻器和偏置电压V_b进行偏置。以这种方式偏置注入晶体管30、32提供了耦合到其源极的电流源。注入晶体管30和32将其栅极处的电压转换为其漏极端子处的电压。

注入晶体管30和32的漏极端子耦合到LC振荡器22的注入节点IN1和IN2。LC振荡器22包括电感器L1、L2和电容器C1、C2。L1和C1的并联电路耦合在IN1与参考电位之间。L2和C2的并联电路耦合在IN2与参考电位之间。LC振荡器22还包括晶体管40和42。晶体管40和42交叉耦合，其中晶体管40的栅极耦合到IN2，晶体管42的栅极耦合到IN1，晶体管40的漏极耦合到IN1，晶体管42的漏极耦合到IN2，并且晶体管40和42的源极耦合在一起并且连接到电流源I_OSC。注入锁定振荡器14的差分输出的第一端子out+耦合到IN1，并且注入锁定振荡器14的差分输出的第二端子out-耦合到IN2。

注入晶体管30、32经由节点IN1和IN2在LC振荡器22内部注入电流。LC振荡器22通过电感器L1、L2和电容器C1、C2的组合在N×flo处被调谐。电感器L1、L2和电容器C1、C2形成LC谐振回路。通常，LC谐振回路的电容通过显式电容器和寄生电容器的总和来实现，诸如由于连接到输出节点的有源器件引起的寄生电容。寄生电容可以随工艺条件而变化。因此，LC振荡器的振荡频率可以变化，并且可以偏离N×flo。如果振荡频率不是精确的N×flo，则锁定范围应当设置得足够宽以满足目标应用的带宽要求，并且考虑使LC振荡器的振荡频率失谐的工艺变化。处理该问题的一种常见方法是使用频率跟踪环路，频率跟踪环路将振荡器中心频率精确地设置为N×flo。这种方法使用注入锁定的主压控振荡器(VCO)和未注入锁定的复制VCO。包括复制VCO的锁频环FLL或锁相环PLL保持监测主VCO的频率的瞬时漂移并且调节其控制电压以保持精确的目标频率N×flo。这些方法的主要问题是由于工艺变化而导致的VCO之间的不匹配以及由于存在两个VCO而导致的功耗和面积消耗增加。在其他常见方法中，同时注入两个正交VCO，并且使用频率跟踪环路将振荡器带到正确的中心频率。同样，采用两个振荡器，导致增加的面积和功耗。

注入锁定振荡器可以用在倍频器中以减少倍频器的输出信号中的不需要的谐波。倍频器是通信/雷达系统中的关键构建块，因为通常，本地振荡器(LO)的频率flo可以低于期望的载波频率fout。因此，倍频器的目的是在其输出处产生期望频率fout＝N×flo，其中N是倍增因子，通常是≥2的整数。倍频器的输出信号应当包括仅在频率fout处的单谐波，同时应当尽可能抑制其他谐波。此外，倍频器的增益应当尽可能高，并且功耗应当尽可能低。在不同的可能架构中，注入锁定倍频器保证了良好的效率，并且能够自然地抑制除了fout处的期望的谐波之外的谐波。