RF逻辑分频器

申请号 CN201380046773.7 申请日 2013-09-12 公开(公告)号 CN104641560B 公开(公告)日 2017-12-12
申请人 德克萨斯仪器股份有限公司; 发明人 S·桑卡兰; S·查克拉博蒂; P·T·罗伊内;
摘要 一种 分频器 (200)装置包括以环形结构彼此 串联 耦合的 锁 存器(202‑1,202‑2)。每个锁存器包括三态逆变器(Q9‑1Q12)、第一 电阻 电容网络(R1,C1)和第二RC网络(R2,C2)。三态逆变器具有第一时钟 端子 (CLKB)和第二时钟端子(CLK)。第一RC网络耦合到第一时钟端子。第二RC网络耦合到第二时钟端子。还提供一种偏置网络(206)。该偏置网络具有耦合到每个锁存器的第一RC网络的第一偏置 电压 发生器(Q19,210)和耦合到每个锁存器的第二RC网络的第二偏置电压发生器(Q20,208)。
权利要求

1.一种分频器,其包括:
以环形结构彼此串联耦合的多个存器,其中每个所述锁存器包括:
具有第一时钟端子和第二时钟端子的三态逆变器;
耦合到所述第一时钟端子的第一电阻电容网络即第一RC网络;以及
耦合到所述第二时钟端子的第二RC网络;所述分频器进一步包括:
偏置网络,其包括:
耦合到每个锁存器的所述第一RC网络的第一偏置电压发生器;和
耦合到每个锁存器的所述第二RC网络的第二偏置电压发生器,
其中所述第一RC网络包括:
第一电容器,其耦合到所述第一时钟端子;和
第一电阻器,其耦合到所述第一时钟端子和所述第一偏置电压发生器,其中所述第二RC网络包括:
第二电容器,其耦合到所述第二时钟端子;以及
第二电阻器,其耦合到所述第二时钟端子和所述第二偏置电压发生器,其中每个所述锁存器的所述第一电阻器和所述第二电阻器允许所述多个锁存器的第一锁存器和所述多个锁存器的第二锁存器中的内部晶体管通过所述第一电阻器和所述第二电阻器而被偏置。
2.根据权利要求1所述的分频器,其中每个所述锁存器的所述三态逆变器进一步包括:
输入端子;
输出端子;
第一PMOS晶体管,其包括耦合到所述输入端子的栅极;
第二PMOS晶体管,其包括耦合到所述第一PMOS晶体管的漏极的源极,耦合到所述第一时钟端子的栅极,以及耦合到所述输出端子的漏极;
第一NMOS晶体管,其包括耦合到所述第二时钟端子的栅极,和耦合到所述输出端子的漏极;以及
第二NMOS晶体管,其包括耦合到所述第一NMOS晶体管的源极的漏极,和耦合到所述输入端子的栅极。
3.根据权利要求2所述的分频器,其中所述第一偏置电压发生器包括:
第三PMOS晶体管,其包括耦合到每个锁存器的所述第一电阻器的栅极和漏极;以及第二可调电流源,其耦合到所述第三PMOS晶体管的所述栅极和所述漏极。
4.根据权利要求3所述的分频器,其中所述可调电流源是第一可调电流源,并且其中所述第二偏置电压发生器包括:
第三NMOS晶体管,其包括耦合到每个锁存器的所述第二电阻器的栅极和漏极;以及第二可调电流源,其耦合到所述第三NMOS晶体管的所述栅极和所述漏极。
5.一种分频器,其包括:
第一锁存器,其包括:
第一三态逆变器,其具有第一输入端子、第一输出端子、第一时钟端子和第二时钟端子;
第一电阻电容网络即第一RC网络,其耦合到所述第一时钟端子,其中所述第一RC网络被配置为接收第一时钟信号;以及
第二RC网络,其耦合到所述第二时钟端子,其中所述第二RC网络被配置为接收第二时钟信号
第二锁存器,其包括:
第二三态逆变器,其具有第二输入端子、第二输出端子、第三时钟端子和第四时钟端子,其中所述第二输出端子耦合到所述第一输入端子;
第三电阻电容网络即第三RC网络,其耦合到所述第三时钟端子,其中所述第三RC网络被配置为接收所述第二时钟信号;以及
第四RC网络,其耦合到所述第四时钟端子,其中所述第四RC网络被配置为接收所述第一时钟信号;
偏置网络,其包括:
第一偏置电压发生器,其耦合到所述第一RC网络和所述第三RC网络;和第二偏置电压发生器,其耦合到所述第二RC网络和所述第四RC网络;以及逆变器,其耦合到所述第一输出端子和所述第二输入端子,
其中所述第一RC网络、所述第二RC网络、所述第三RC网络和所述第四RC网络中的每一个包括:
第五时钟端子;
耦合到所述第五时钟端子的电容器;以及
耦合到所述第五时钟端子和所述第一偏置电压发生器或所述第二偏置电压发生器中的一个的电阻器,
所述第一三态逆变器和所述第二三态逆变器中的每一个进一步包括:
第一PMOS晶体管;
第二PMOS晶体管,其包括耦合到所述第一PMOS晶体管的漏极的源极;
第一NMOS晶体管,其包括耦合到所述第二PMOS晶体管的漏极的漏极;以及第二NMOS晶体管,其包括耦合到所述第一NMOS晶体管的源极的漏极和耦合到所述第一PMOS晶体管的栅极的栅极,
其中所述第一RC网络、所述第二RC网络、所述第三RC网络和所述第四RC网络的所述电阻器允许所述第一锁存器和所述第二锁存器中的内部晶体管通过所述电阻器而被偏置。
6.根据权利要求5所述的分频器,其中所述第一偏置电压发生器包括:
第三PMOS晶体管,其包括耦合到所述第一RC网络和所述第三RC网络中每一个的所述电阻器的栅极和漏极;以及
可调电流源,其耦合到所述第三PMOS晶体管的所述栅极和所述漏极。
7.根据权利要求6所述的分频器,其中所述可调电流源是第一可调电流源,并且其中所述第二偏置电压发生器包括:
第三NMOS晶体管,其包括耦合到所述第二RC网络和所述第四RC网络中每一个的所述电阻器的栅极和漏极;以及
第二可调电流源,其耦合到所述第三NMOS晶体管的所述栅极和所述漏极。
8.一种分频器,其包括:
相位/频率检测器即PFD,其被配置为接收基准信号;
电荷,其耦合到所述PFD;
低通滤波器即LPF,其耦合到所述电荷泵
电压控制器振荡器即VCO,其耦合到所述LPF,其中所述VCO具有第一VCO端子和第二VCO端子;以及
分频器,其包括第一锁存器、第二锁存器、偏置网络和逆变器:
其中所述第一锁存器包括:
第一三态逆变器,其具有第一输入端子、第一输出端子、第一时钟端子和第二时钟端子;
第一电阻电容网络即第一RC网络,其耦合到所述第一时钟端子,其中所述第一RC网络耦合到所述第一VCO端子;以及
第二RC网络,其耦合到所述第二时钟端子,其中所述第二RC网络耦合到所述第二VCO端子;
其中所述第二锁存器包括:
第二三态逆变器,其具有第二输入端子、第二输出端子、第三时钟端子和第四时钟端子,其中所述第二输出端子耦合到所述第一输入端子和所述PFD;
第三电阻电容网络即第三RC网络,其耦合到所述第三时钟端子,其中所述第三RC网络耦合到所述第二VCO端子;以及
第四RC网络,其耦合到所述第四时钟端子,其中所述第四RC网络耦合到所述第一VCO端子;
其中所述偏置网络包括:
第一偏置电压发生器,其耦合到所述第一RC网络和所述第三RC网络;和第二偏置电压发生器,其耦合到所述第二RC网络和所述第四RC网络;并且其中所述逆变器耦合到所述第一输出端子和所述第二输入端子,
其中所述第一RC网络、所述第二RC网络、所述第三RC网络和所述第四RC网络中的每一个包括:
第五时钟端子;
耦合到所述第五时钟端子的电容器;和
耦合到所述第五时钟端子和所述第一偏置电压发生器或所述第二偏置电压发生器中的一个的电阻器,
其中所述第一三态逆变器和所述第二三态逆变器中的每一个进一步包括:
第一PMOS晶体管;
第二PMOS晶体管,其包括耦合到所述第一PMOS晶体管的漏极的源极;
第一NMOS晶体管,其包括耦合到所述第二PMOS晶体管的漏极的漏极;以及第二NMOS晶体管,其包括耦合到所述第一NMOS晶体管的源极的漏极和耦合到所述第一PMOS晶体管的栅极的栅极,
其中所述第一RC网络、所述第二RC网络、所述第三RC网络和所述第四RC网络的所述电阻器允许所述第一锁存器和所述第二锁存器中的内部晶体管通过所述电阻器而被偏置。
9.根据权利要求8所述的分频器,其中所述第一偏置电压发生器包括:
第三PMOS晶体管,其包括耦合到所述第一RC网络和所述第三RC网络中每一个的所述电阻器的栅极和漏极;和
可调电流源,其耦合到所述第三PMOS晶体管的所述栅极和所述漏极。
10.根据权利要求9所述的分频器,其中所述可调电流源是第一可调电流源,并且其中所述第二偏置电压发生器包括:
第三NMOS晶体管,其包括耦合到所述第二RC网络和所述第四RC网络中每一个的所述电阻器的栅极和漏极;和
第二可调电流源,其耦合到所述第三NMOS晶体管的所述栅极和所述漏极。
11.根据权利要求10所述的分频器,其中所述VCO被配置为通过所述第一VCO端子和所述第二VCO端子输出第一时钟信号和第二时钟信号,并且其中所述第二时钟信号是所述第一时钟信号的反相。
12.根据权利要求11所述的分频器,其中所述分频器被配置为二分划分所述第一时钟信号和所述第二时钟信号。

说明书全文

RF逻辑分频器

技术领域

[0001] 本发明总体涉及分频器,并且具体地涉及射频(RF)逻辑分频器。

背景技术

[0002] 图1示出常规的相环(PLL)100的示例。在操作中,相位/频率检测器(PFD)102能够基于基准信号REF与反馈信号FB之间的比较来为电荷104产生上升信号UP和下降信号DN。然后电荷泵104能够基于该信号UP和DN改变保持在低通滤波器(LPF)106上的电荷。然后保持在LPF 106上的电荷可以被压控振荡器(VCO)108使用以产生输出信号FOUT,并且输出信号FOUT可以被分频器110划分以产生反馈信号FB。因此,输出信号FOUT的频率可以选自基准信号REF。
[0003] PLL(如PLL 110)可以被用在RF合成器中,该PLL可以例如产生用于RF调制器的本地振荡器信号,并且分频器(如分频器110)可以是基于动态逻辑的分频器或电流模式逻辑分频器。作为数字动态逻辑分频器的示例,该数字动态逻辑分频器包括两个三态逆变器(例如,晶体管Q1至Q8),这两个三态逆变器彼此串联耦合以形成图2中可以看到的环路。这些三态逆变器(例如,晶体管Q1至Q8)耦合在电压轨VDD和VSS之间,并且耦合到VCO108的VCO端子,以便接收信号CLK和CLKB。然而,这些分频器可能具有非常高的电流消耗,这使得它们对低电流(例如,亚毫安)无线电是不切实际的。因此,存在对具有较低电流消耗的改进的分频器的需求。
[0004] 美国专利US 4,119,867中描述了常规电路的示例。

发明内容

[0005] 本申请提供一种装置,其包括:以环形结构彼此串联耦合的多个锁存器,其中每个锁存器包括:具有第一时钟端子和第二时钟端子的三态逆变器;耦合到第一时钟端子的第一电阻电容(RC)网络;以及耦合到第二时钟端子的第二RC网络;以及偏置网络,其具有耦合到每个锁存器的第一RC网络的第一偏置电压发生器;和耦合到每个锁存器的第二RC网络的第二偏置电压发生器。
[0006] 在示例性实施方式中,第一RC网络可以进一步包括电容器和电阻器,该电容器耦合到第一时钟端子并被配置为接收时钟信号,并且该电阻器耦合到第一时钟端子和第一偏置电压发生器。
[0007] 电容器、电阻器和时钟信号可以进一步包括第一电容器、第一电阻器和第一时钟信号,并且其中第二RC网络进一步包括:电容器,其耦合到第一时钟端子并被配置为接收时钟信号;以及电阻器,其耦合到第一时钟端子和第一偏置电压发生器。
[0008] 该三态逆变器可以进一步包括:输入端子;输出端子;第一PMOS晶体管,其栅极耦合到输入端子;第二PMOS晶体管,其源极耦合到第一PMOS晶体管的漏极,其栅极耦合到第一时钟端子,并且其漏极耦合到输出端子;第一NMOS晶体管,其栅极耦合到第二时钟端子,并且其漏极耦合到输出端子;以及第二NMOS晶体管,其漏极耦合到第一NMOS晶体管的源极,并且其栅极耦合到输入端子。
[0009] 该第一偏置电压发生器可以进一步包括:第三PMOS晶体管,其栅极和漏极耦合到每个锁存器的第一电阻器;以及可调电流源,其耦合到第三PMOS晶体管的栅极和漏极。
[0010] 该可调电流源可以进一步包括第一可调电流源,并且其中第二偏置电压发生器进一步包括:第三NMOS晶体管,其栅极和漏极耦合到每个锁存器的第二电阻器;以及可调电流源,其耦合到第三NMOS晶体管的栅极和漏极。
[0011] 本发明还提供一种装置,其包括:第一锁存器,其具有:第一三态逆变器,其具有第一输入端子、第一输出端子、第一时钟端子和第二时钟端子;第一电阻电容(RC)网络,其耦合到第一时钟端子,其中第一RC网络被配置为接收第一时钟信号;以及第二RC网络,其耦合到第二时钟端子,其中第二RC网络被配置为接收第二时钟信号;第二锁存器,其具有:第二三态逆变器,其具有第二输入端子、第二输出端子、第三时钟端子和第四时钟端子,其中第二输出端子耦合到第一输入端子;第三电阻电容(RC)网络,其耦合到第三时钟端子,其中第三RC网络被配置为接收第二时钟信号;以及第四RC网络,其耦合到第四时钟端子,其中第四RC网络被配置为接收第一时钟信号;偏置网络,其具有:第一偏置电压发生器,其耦合到第一和第三RC网络;和第二偏置电压发生器,其耦合到第二和第四RC网络;以及逆变器,其耦合到第一输出端子和第二输入端子。
[0012] 在示例性实施方式中,第一、第二、第三和第四RC网络中的每一个可以进一步包括:耦合到其时钟端子的电容器;以及耦合到其时钟端子和其偏置电压发生器的电阻器。
[0013] 第一和第二三态逆变器中的每一个可以进一步包括:第一PMOS晶体管;第二PMOS晶体管,其源极耦合到第一PMOS晶体管的漏极;第一NMOS晶体管,其漏极耦合到第二PMOS晶体管的漏极;以及第二NMOS晶体管,其漏极耦合到第一NMOS晶体管的源极并且其栅极耦合到第一PMOS晶体管的栅极。
[0014] 所提供的装置还可以包括:相位/频率检测器(PFD),其被配置为接收基准信号;电荷泵,其耦合到PFD;低通滤波器(LPF),其耦合到电荷泵;电压控制器振荡器(VCO),其耦合到LPF,其中VCO具有第一VCO端子和第二VCO端子;以及分频器,其具有:第一锁存器,其具有:第一三态逆变器,其具有第一输入端子、第一输出端子、第一时钟端子和第二时钟端子;第一电阻电容(RC)网络,其耦合到第一时钟端子,其中第一RC网络耦合到第一VCO端子;以及第二RC网络,其耦合到第二时钟端子,其中第二RC网络耦合到第二VCO端子;第二锁存器,其具有:第二三态逆变器,其具有第二输入端子、第二输出端子、第三时钟端子和第四时钟端子,其中第二输出端子耦合到第一输入端子和PFD;第三电阻电容(RC)网络,其耦合到第三时钟端子,其中第三RC网络耦合到第二VCO端子;以及第四RC网络,其耦合到第四时钟端子,其中第四RC网络耦合到第一VCO端子;偏置网络,其具有:第一偏置电压发生器,其耦合到第一和第三RC网络;和第二偏置电压发生器,其耦合到第二和第四RC网络;以及逆变器,其耦合到第一输出端子和第二输入端子。
[0015] 该VCO可以被配置为通过第一和第二VCO端子输出第一和第二时钟信号,并且其中第二时钟信号是第一时钟信号的反相。该分频器可以被配置为二分划分第一和第二时钟信号。附图说明
[0016] 图1是常规PLL的示例的示意图;
[0017] 图2是在图1的PLL内的常规分频器的示例的示意图;以及
[0018] 图3是根据本发明可以在图1的PLL中使用的分频器的示例的示意图。

具体实施方式

[0019] 图3示出分频器200的示例。如该示例所示,分频器200是二分分频器,并且该分频器200可以替代PLL 100中的分频器110。分频器200通常包括级联锁存器202-1和202-2,级联锁存器202-1和202-2耦合在一起以形成环路,其中逆变器204(其通常包括PMOS晶体管Q13和NMOS晶体管Q14)插入在其间。可以添加额外级(例如,锁存器和逆变器)以增加分频比(division ratio)。这些锁存器202-1和202-2可以接收时钟信号CLK和CLKB(其例如并且如图所示彼此互为反相),并且产生输出信号OUT。也包括偏置网络206以提供偏置电压PBIAS和NBIAS给锁存器202-1和202-2。
[0020] 在操作中,分频器200能够接收例如时钟信号CLK和CLKB(其在该示例中形成能够从VCO 108的VCO端子提供的差分时钟信号),并且产生例如单端输出信号OUT,该单端输出信号OUT的频率为差分时钟信号CLK/CLKB的二分之一。这些锁存器202-1和202-2通常包括三态逆变器(例如,MOS晶体管Q9至Q12和Q15至Q18),这些三态逆变器具有输入端子、输出端子和时钟端子以及电阻电容(RC)网络(例如,R1/C1至R4/C4)。在该示例中,信号CLKB通过RC网络(例如,R1/C1至R4/C4)被施加到三态逆变器的时钟端子(例如,PMOS晶体管Q10和NMOS晶体管Q16的栅极),并且在该示例中,信号CLK通过RC网络(例如,R2/C2和R3/C3)被施加到三态逆变器的时钟端子(例如,NMOS晶体管Q11和PMOS晶体管Q17的栅极)。在该示例中,电容器C1至C4的电容应当大于晶体管Q10、Q11、Q16和Q17的电容。这可以允许锁存器202-1和202-2在差分时钟信号CLK/CLKB的适当边缘切换。
[0021] 为了允许锁存器202-1和202-2使用较低动态电流来操作,晶体管Q10、Q11、Q16和Q17的栅极可以被偏置。特别地,通过电阻器R1和R3施加的偏置电压PBIAS和通过电阻器R2和R4施加的偏置电压NBIAS使得晶体管Q10、Q11、Q16和Q17的栅极电压在操作期间接近或高于它们相应的阈值电压。这意味着施加到晶体管Q10、Q11、Q16和Q17的栅极的较小电压可以促使锁存器202-1和202-2进行切换。通常,偏置电压PBIAS和NBIAS可以通过使用可调电流源208和210(例如,电流数模转换器或DAC)和二极管连接的晶体管Q19和Q20来产生。如该示例所示,PMOS晶体管Q19可以是PMOS晶体管Q10和Q16的按比例缩放版本,并且NMOS晶体管Q20可以是NMOS晶体管Q11和Q17的按比例缩放版本。可替代地,每个锁存器202-1和202-2可以都包括偏置网络206,而不是如图所示共享偏置网络206。同样,作为另一替代示例,电流源208和210可以是固定的或通常恒定的电流源。偏置电压PBIAS和NBIAS可以替代地从电源轨之间的可编程的/固定的电阻分频器产生。
[0022] 由于采用这种配置,可以实现若干优点。第一,分频器200可以比传统的分频器(例如,分频器110)具有更低的电流消耗。第二,偏置网络206可以被配置为提供自适应偏置,从而避免与过程和温度变化有关的失配。第三,动态范围可以通过直流(DC)偏置设定值来改善。
[0023] 本领域技术人员将理解,可以对示例性实施例进行修改,并且还将理解,在所要求保护的发明的范围之内许多其他实施例是可能的。
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