多元件谐振器 |
|||||||
| 申请号 | CN201980037281.9 | 申请日 | 2019-07-09 | 公开(公告)号 | CN112236937A | 公开(公告)日 | 2021-01-15 |
| 申请人 | 华为技术有限公司; | 发明人 | 迈克尔·布什曼; 詹姆斯·考德威尔; | ||||
| 摘要 | 提供了一种谐振回路，包括：形成在 半导体 衬底上的第一电容器、形成在所述半导体衬底上的第一电感器、形成在所述半导体衬底上的第二电容器以及形成在所述半导体衬底上的第二电感器。所述第一电容器、所述第一电感器、所述第二电容器以及所述第二电感器以环形结构的形式连接在一起，其中，每个电容器连接在一对所述电感器之间，每个电感器连接在一对所述电容器之间。 放大器 电路 与所述谐振回路耦合，并且用于放大所述谐振回路中的 信号 。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种振荡器电路，其特征在于，包括： |
||||||
| 说明书全文 | 多元件谐振器[0001] 相关申请案交叉申请 [0002] 本申请要求于2018年7月9日递交的发明名称为“多元件谐振器(Multi-Element Resonator)”的第16/029,905号美国非临时专利申请的在先申请优先权，该申请的全部内容以引入的方式并入本文。 技术领域[0003] 本发明大体上涉及一种包括用于通信的集成电路的电路。 背景技术[0004] 电子电路，包括在半导体衬底上形成为集成电路(integrated circuit，IC)的电子电路，用于通信系统中的各种应用。例如，发送器电路可以由形成在一个或多个硅衬底上的一个或多个集成电路形成，接收器电路可以由形成在一个或多个硅衬底上的一个或多个集成电路形成。一般来说，集成电路技术朝着更小特征尺寸的趋势发展，以使电路尺寸更小，成本更低。更小的特征尺寸可能会在许多方面影响电路，而且并非所有电路的缩放都相同。随着特征尺寸变小，设备的击穿电压变得更低，这可以通过设计较低电压以确保不会超过击穿电压来克服。较低电压可能会影响IC特性，包括影响形成为IC或由IC形成的发送器电路和接收器电路的IC特性。 发明内容[0005] 根据本发明的一个方面，提供了一种振荡器电路，所述振荡器电路包括：谐振回路，包括形成在半导体衬底上的第一电容器、形成在所述半导体衬底上的第一电感器、形成在所述半导体衬底上的第二电容器以及形成在所述半导体衬底上的第二电感器，所述第一电容器、所述第一电感器、所述第二电容器和所述第二电感器以环形结构的形式连接在一起，其中，每个电容器连接在一对所述电感器之间，每个电感器连接在一对所述电容器之间；放大器电路，与所述谐振回路耦合，并且用于放大所述谐振回路中的信号。 [0006] 可选地，在上述方面的任一方面中，所述第一电感器和所述第二电感器均由沉积在所述半导体衬底上的金属的一个或多个相应部分形成。 [0008] 可选地，在上述方面的任一方面中，所述放大器电路包括与所述第一电感器的所述抽头输入端子连接的第一反相器和与所述第二电感器的所述抽头输入端子连接的第二反相器。 [0009] 可选地，在上述方面的任一方面中，所述放大器电路包括跨越所述第一电感器连接的第一对反相器和跨越所述第二电感器连接的第二对反相器。 [0010] 可选地，在上述方面的任一方面中，所述第一电容器是可变电容器，所述可变电容器的电容在预定范围内可变，以控制所述振荡器电路的谐振频率。 [0012] 可选地，在上述方面的任一方面中，所述第一电容器包括一个或多个可变电容元件，所述一个或多个可变电容元件各自具有根据所施加电压在连续范围内可变的相应电容。 [0013] 可选地，在上述方面的任一方面中，所述振荡器电路在锁相环(Phase Locked Loop，PLL)电路中形成压控振荡器(Voltage Controlled Oscillator，VCO)，所述锁相环电路还包括反馈回路、鉴相器和滤波器。 [0014] 可选地，在上述方面的任一方面中，所述锁相环(Phase Locked Loop，PLL)电路用于在通信系统中的用户设备中的发送器或接收器中提供振荡器信号。 [0015] 可选地，在上述方面的任一方面中，所述振荡器电路还包括：形成在所述半导体衬底上的第三电容器、形成在所述半导体衬底上的第三电感器、形成在所述半导体衬底上的第四电容器以及形成在所述半导体衬底上的第四电感器。所述第三电容器、所述第三电感器、所述第四电容器和所述第四电感器与所述第一电容器、所述第一电感器、所述第二电容器以及所述第二电感器以环形结构的形式连接在一起，其中，每个电容器连接在一对所述电感器之间，每个电感器连接在一对所述电容器之间。 [0016] 根据本发明的另一方面，提供了一种产生振荡器信号的方法，所述方法包括：从谐振回路接收电信号，所述谐振回路包括形成在半导体衬底上的第一电容器、形成在所述半导体衬底上的第一电感器、形成在所述半导体衬底上的第二电容器以及形成在所述半导体衬底上的第二电感器。所述第一电容器、所述第一电感器、所述第二电容器以及所述第二电感器以环形结构的形式串联连接，其中，每个电容器串联连接在电感器之间，每个电感器串联连接在电容器之间。所述方法还包括：放大来自所述谐振回路的所述电信号，并将放大后的电信号返回到所述谐振回路，以在所述谐振回路的谐振频率下产生所述振荡器信号。 [0017] 可选地，在上述方面的任一方面中，所述电信号通过一对或多对反相器来进行放大。 [0018] 可选地，在上述方面的任一方面中，所述第一电感器和所述第二电感器是抽头电感器，所述抽头电感器各自在电感器端部之间的中间位置处具有至少一个抽头端子，并且将所述放大后的电信号返回到所述谐振回路包括：在所述第一电感器和所述第二电感器的抽头端子处提供反相的放大后的信号。 [0019] 可选地，在上述方面的任一方面中，所述方法还包括：控制至少所述第一电容器的电容，以控制所述谐振频率，并由此控制所述振荡器信号的频率。 [0020] 可选地，在上述方面的任一方面中，所述方法还包括：从所述振荡器信号中获取通信系统中的收发器中的载波信号。 [0021] 可选地，在上述方面的任一方面中，获取所述收发器中的所述载波信号包括：在锁相环(Phase Locked Loop，PLL)中执行相位比较和滤波。 [0022] 根据本发明的又一个方面，提供了一种压控振荡器(Voltage Controlled Oscillator，VCO)，所述压控振荡器包括：谐振回路、第一反相器和第二反相器。所述谐振回路包括：形成在半导体衬底上的第一电容器；形成在半导体衬底上的第二电容器；形成在所述半导体衬底上的第一电感器，所述第一电感器具有第一抽头端子，所述第一电感器连接在所述第一电容器的第一端子与所述第二电容器的第一端子之间；形成在所述半导体衬底上的第二电感器，所述第二电感器具有第二抽头端子，所述第二电感器连接在所述第一电容器的第二端子与所述第二电容器的第二端子之间，使得所述第一电容器、所述第一电感器、所述第二电容器和所述第二电感器形成一个环。所述第一反相器具有与所述第一电容器的所述第一端子连接的输入端和与所述第一抽头端子连接的输出端。所述第二反相器具有与所述第一电容器的所述第二端子连接的输入端和与所述第二抽头端子连接的输出端。 [0023] 可选地，在上述方面的任一方面中，所述第一电容器和所述第二电容器中的至少一个电容器是可变电容器，所述可变电容器具有可变电容，其中，控制所述可变电容以选择所述谐振回路的谐振频率。 [0024] 可选地，在上述方面的任一方面中，所述VCO在锁相环(Phase Locked Loop，PLL)布置中与鉴相器、滤波器和反馈回路连接，以提供收发器的振荡器信号。 [0025] 发明内容简单介绍了一些概念，在具体实施方式中会进一步描述这些概念。发明内容不旨在提供专利申请所要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不旨在确定专利申请所要求保护的主题范围。专利申请所要求保护的主题不限于解决背景技术中提到的任何或所有问题的实现方式。附图说明 [0026] 本发明的各个方面以示例方式说明，并且不受附图的限制，其中，相同附图标记指示相同的元件。 [0027] 图1示出了用于传送数据的示例性无线网络； [0028] 图2示出了在图1中引入的用户设备(user equipment，UE)的实例的示例性细节； [0029] 图3示出了在图1中引入的基站(base station，BS)的实例的示例性细节； [0030] 图4示出了包括在图2和图3所示的UE或BS中的接收器的示例性细节； [0031] 图5示出了包括在图2和图3所示的UE或BS中的发送器的示例性细节； [0032] 图6示出了如图4和图5所示的包括在图2和图3所示的UE或BS中的PLL的示例； [0033] 图7A-图7F示出了包括在图6的PLL中的VCO的示例； [0034] 图8A-图8C示出了可包括在图7A-图7B的VCO中的LC回路的示例； [0035] 图9A-图9D示出了可包括在图7A-图7B的VCO中的LC回路的另一示例； [0036] 图10A-图10D示出了图7A-图7B的VCO等VCO中的图9A-图9D的LC回路的实现方式； [0037] 图11A-图11C示出了使用抽头电感器的图7A-图7B的VCO的实现方式； [0038] 图12示出了可在图7A-图7B的VCO中使用的LC回路的实现方式，所述LC回路具有呈环形结构的两个以上电容器和两个以上电感器； [0039] 图13示出了用于总结操作图9A-图12的LC回路等谐振回路的各种方法的简要流程图。 具体实施方式[0040] 现在将参考附图描述本发明，所述附图大体上涉及包括电感器-电容器(inductor-capacitor，LC)谐振回路的压控振荡器(Voltage Controlled Oscillator，VCO)电路。 [0041] VCO等振荡器电路中的谐振回路可以由电容器和电感器形成。一般来说，当设备尺寸缩小时，击穿电压变小，并且为了避免击穿，可以使用较低电压。然而，较低电压可能会导致某些电路(包括通信系统中用户设备中使用的电路)中的信噪比(signal to noise ratio，SNR)降低，品质因数(Q因数)减小。为了在减小电压的同时保持给定频率下的信噪比，可以增大电容器尺寸，同时减小电感器尺寸。然而，这种办法并不总是可行的。尺寸不匹配的设备可能难以或不可能以某种规模进行物理连接。 [0042] 由电容器和电感器的多元件环形成的谐振回路可以允许使用较低电压，同时保持可接受的SNR，并且同时保持电容器和电感器的相对尺寸在可接受的范围内。例如，两个电容器和两个电感器可以以交替耦合在一起形成一个环形结构。在电压与单电容器、单电感器谐振回路的电压相同的情况下，这种双电容器、双电感器谐振回路可以存储大约两倍的能量，并且可以提供具有大约两倍的SNR的信号。在使用电压为单电容器、单电感器谐振回路所用电压的一半的情况下，这种双电容器、双电感谐振回路可以存储大约相同量的能量，并且可以提供具有大约相同SNR的信号，从而有利于在设备缩小和电压降低的同时实现可接受的SNR。 [0043] 应理解，本发明的当前实施例可以以许多不同形式实现，并且权利要求书的范围不应解释为受限于本文阐述的实施例。实际上，提供这些实施例是为了使本发明透彻和完整，并将本发明实施例的概念充分传达给本领域的技术人员。事实上，本发明公开旨在覆盖包括在由所附权利要求书限定的本发明公开的精神和范围内的这些实施例的替代物、修改和等同物。此外，在本发明的当前实施例的以下详细描述中，阐述了许多具体细节，以便提供透彻的理解。然而，本领域的普通技术人员应清楚的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践本发明的当前实施例。 [0044] 图1示出了用于传送数据的无线网络。例如，通信系统100包括用户设备110A-110C、无线接入网(radio access network，RAN)120A-120B、核心网130、公共交换电话网络(public switched telephone network，PSTN)140、互联网150以及其它网络160。其它或替代网络包括私有和公共数据包网络，包括公司内部网。虽然该图中示出了一定数量的这些组件或元件，但是系统100中可以包括任意数量的这些组件或元件。 [0045] 在一个实施例中，所述无线网络可以是第五代(fifth generation，5G)网络，其包括至少一个5G基站，所述5G基站采用正交频分复用(orthogonal frequency-division multiplexing，OFDM)和/或非OFDM以及短于1ms(例如100微秒或200微秒)的传输时间间隔(transmission time interval，TTI)，以与通信设备进行通信。一般来说，基站也可以指eNB和5G BS(gNB)中的任一种。此外，所述网络还可以包括网络服务器，用于处理通过至少一个eNB或gNB从所述通信设备接收的信息。 [0046] 系统100使多个无线用户能够发送和接收数据和其它内容。系统100可以实现一种或多种信道接入方法，例如但不限于码分多址(code division multiple access，CDMA)、时分多址(time division multiple access，TDMA)、频分多址(frequency division multiple access，FDMA)、正交FDMA(orthogonal FDMA，OFDMA)或单载波FDMA(single-carrier FDMA，SC-FDMA)等。 [0047] 用户设备(user equipment，UE)110A-110C用于在系统100中操作和/或通信。例如，用户设备110A-110C用于发送和/或接收无线信号或有线信号。每个用户设备110A-110C表示任何合适的终端用户设备，可以包括如下设备(或可以称为)：用户设备/装备、无线发送/接收单元(UE)、移动台、固定或移动用户单元、寻呼机、蜂窝电话、个人数字助理(personal digital assistant，PDA)、智能手机、笔记本电脑、计算机、触摸板、无线传感器、可穿戴设备或消费类电子设备。 [0048] 在所描述的实施例中，RAN 120A-120B分别包括一个或多个基站170A、170B(统称为基站170)。每一个基站170用于与UE 110A、110B、110C中的一个或多个无线连接，以便能够接入核心网130、PSTN 140、互联网150和/或其它网络160。例如，所述基站(base station，BS)170可以包括若干众所周知的设备中的一个或多个，如基站(base transceiver station，BTS)、Node-B(NodeB)、演进型NodeB(evolved NodeB，eNB)、下一代(第五代)(5G)NodeB(gNB)、家庭NodeB、家庭eNodeB、站点控制器、接入点(access point，AP)，或无线路由器，或服务器、路由器、交换机或具有有线网络或无线网络的处理实体。 [0049] 在一个实施例中，基站170A形成RAN 120A的一部分，RAN 120A可以包括其它基站、元件和/或设备。类似地，基站170B形成RAN 120B的一部分，RAN 120B可以包括其它基站、元件和/或设备。每一个基站170都用来在特定地理区域(有时称为“小区”)内发送和/或接收无线信号。在一些实施例中，可以采用多入多出(multiple-input multiple-output，MIMO)技术，其中，每个小区具有多个收发器。 [0050] 基站170使用无线通信链路通过一个或多个空口(未示出)与用户设备110A-110C中的一个或多个进行通信。所述空口可以利用任何合适的无线接入技术。 [0051] 预期该系统100可以使用多个信道接入功能，例如包括基站170和用户设备110A-110C用于实现长期演进(Long Term Evolution，LTE)无线通信标准、先进LTE(LTE-A)和/或LTE多媒体广播多播业务(Multimedia Broadcast Multicast Service，MBMS)的方案。在其它实施例中，基站170和用户设备110A-110C用于实现UMTS、HSPA或HSPA+标准和协议。当然，也可以使用其它多址接入方案和无线协议。 [0052] RAN 120A-120B与核心网130通信，以向用户设备110A-110C提供语音、数据、应用、基于IP的语音传输(Voice over Internet Protocol，VoIP)或其它服务。应理解，RAN 120A-120B和/或核心网130可以与一个或多个其它RAN(未示出)直接或间接通信。核心网 130还可以用作其它网络(如PSTN 140、互联网150和其它网络160)的网关接入。此外，部分或全部用户设备110A-110C可以包括使用不同无线技术和/或协议通过不同无线链路与不同无线网络通信的功能。 [0053] RAN 120A-120B还可以包括毫米波和/或微波接入点(access point，AP)。AP可以是基站170的一部分，也可以位于远离基站170的位置。AP可以包括但不限于连接点(mmW CP)或能够进行mmW通信的基站170(例如，mmW基站)。mmW AP可以在例如从24GHz到100GHz的频率范围内发送和接收信号，但不要求在整个所述频率范围内工作。如本文所使用的，术语“基站”用于指基站和/或无线接入点。 [0054] 虽然图1示出了通信系统的一个示例，但是可以对图1进行各种更改。例如，通信系统100可以包括呈任何合适配置的任何数量的用户设备、基站、网络或其它组件。还应理解，术语“用户设备”可以指在蜂窝或移动通信系统中与无线网络节点通信的任何类型的无线设备。用户设备的非限制性示例为目标设备、设备到设备(device-to-device，D2D)用户设备、机器类型用户设备或能够进行机器到机器(machine-to-machine，M2M)通信的用户设备、笔记本电脑、PDA、iPad、平板电脑、移动终端、智能手机、笔记本电脑嵌入设备(laptop embedded equipment，LEE)、笔记本电脑加载设备(laptop mounted equipment，LME)和USB加密狗。 [0055] 图2示出了可以实现根据本发明的方法和教示的UE 110的示例细节。例如，所述UE 110可以是移动电话，但在其它示例中可以是其它设备，如台式计算机、笔记本电脑、平板电脑、手持计算设备、汽车计算设备和/或其它计算设备。如图所示，示例性UE 110示出为包括至少一个发送器202、至少一个接收器204、存储器206、至少一个处理器208和至少一个输入/输出设备212。处理器208可以实现UE 110的各种处理操作。例如，处理器208可以执行信号译码、数据处理、功率控制、输入/输出处理或任何其它能够使UE 110在系统100(图1)中操作的功能。处理器208可以包括用于执行一个或多个操作的任何合适的处理或计算设备。 例如，处理器208可以包括微处理器、微控制器、数字信号处理器、现场可编程门阵列或专用集成电路。 [0056] 发送器202用于调制数据或其它内容，以通过至少一个天线210进行发送。发送器202还可以用于在将RF信号提供给所述天线210进行发送之前，对这些RF信号进行放大、滤波和变频。发送器202可以包括用于产生用于无线发送的信号的任何合适的结构。 [0057] 接收器204可以用于将至少一个天线210接收到的数据或其它内容解调。接收器204还可以用于对通过天线210接收到的RF信号进行放大、滤波和变频。接收器204可以包括用于处理无线接收的信号的任何合适的结构。天线210可以包括用于发送和/或接收无线信号的任何合适的结构。可以使用相同的天线210来发送和接收RF信号，或者替代地，可以使用不同的天线210来发送信号和接收信号。 [0058] 应理解，UE 110中可以使用一个或多个发送器202，一个或多个接收器204，以及一个或多个天线210。尽管示出为单独的块或组件，但至少一个发送器202和至少一个接收器204可以组合成收发器。因此，本可以示出收发器的单个块，而不是示出图2中的发送器202的单独的块和接收器204的单独的块。 [0059] UE 110还包括一个或多个输入/输出设备212。输入/输出设备212便于与用户进行交互。每个输入/输出设备212包括用于向用户提供信息或从用户接收信息的任何合适的结构，如扬声器、麦克风、小键盘、键盘、显示器或触摸屏。 [0060] 此外，UE 110包括至少一个存储器206。存储器206存储UE 110使用、产生或收集的指令和数据。例如，存储器206可以存储由一个或多个处理器208执行的软件或固件指令以及用于减少或消除传入信号中的干扰的数据。每个存储器206包括任何合适的易失性和/或非易失性存储和检索设备。可以使用任何合适类型的存储器，如随机存取存储器(random access memory，RAM)、只读存储器(read only memory，ROM)、硬盘、光盘、用户识别模块(subscriber identity module，SIM)卡、记忆棒、安全数字(secure digital，SD)存储卡等。 [0061] 图3示出了可以实现根据本发明的方法和教示的示例性BS 170。如图所示，BS 170包括至少一个处理器308、至少一个发送器302、至少一个接收器304、一个或多个天线310和至少一个存储器306。处理器308实现BS 170的各种处理操作，如信号译码、数据处理、功率控制、输入/输出处理或任何其它功能。每个处理器308包括用于执行一个或多个操作的任何合适的处理或计算设备。例如，每个处理器308可以包括微处理器、微控制器、数字信号处理器、现场可编程门阵列或专用集成电路。 [0062] 每个发送器302包括用于产生信号以无线发送到一个或多个UE 110或其它设备的任何合适的结构。每个接收器304包括用于处理从一个或多个UE 110或其它设备无线接收的信号的任何合适的结构。尽管示出为单独的块或组件，但至少一个发送器302和至少一个接收器304可以组合成收发器。每个天线310包括用于发送和/或接收无线信号的任何合适的结构。虽然共用天线310在这里示出为与发送器302和接收器304两者耦合，但一个或多个天线310可以与一个或多个发送器302耦合，一个或多个单独的天线310可以与一个或多个接收器304耦合。每个存储器306包括任何合适的易失性和/或非易失性存储和检索设备。 [0063] 本文所描述的技术可以使用硬件、软件或硬件和软件两者的组合来实现。所使用的软件存储在上述处理器可读存储设备中的一个或多个上，以对处理器中的一个或多个编程，以执行本文所描述的功能。处理器可读存储设备可以包括计算机可读介质，如易失性和非易失性介质、可移动和非可移动介质。通过示例而非限制，计算机可读介质可以包括计算机可读存储介质和通信介质。计算机可读存储介质可以在用于存储计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据等信息的任何方法或技术中实现。计算机可读存储介质的示例包括RAM、ROM、EEPROM、闪存或其它存储技术、CD-ROM、数字通用磁盘(digital versatile disk，DVD)或其它光盘存储器、磁带盒、磁带、磁盘存储器或其它磁存储设备，或可用于存储所需信息并可由计算机访问的任何其它介质。一种或多种计算机可读介质不包括传播、调制或瞬时信号。 [0064] 通信介质通常在传播、调制或瞬时数据信号(如载波或其它传输机制)中体现计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据，并且包括任何信息传递介质。术语“调制数据信号”是指以对信号中的信息进行编码的方式设置或改变其一个或多个特性的信息。通过示例而非限制，通信介质包括有线介质，如有线网络或直接有线连接，以及无线介质，如RF和其它无线介质。以上各项的组合也包括在计算机可读介质的范围内。 [0065] 在替代实施例中，部分或全部软件可以由专用硬件逻辑组件替换。例如，而非限制，可以使用的硬件逻辑组件的说明性类型包括现场可编程门阵列(Field-programmable Gate Array，FPGA)、专用集成电路(Application-specific Integrated Circuit，ASIC)、专用标准产品(Application-specific Standard Product，ASSP)、片上系统(System-on-a-chip system，SOC)、复杂可编程逻辑设备(Complex Programmable Logic Device，CPLD)、专用计算机等。在一个实施例中，实现一个或多个实施例的软件(存储在存储设备上)用于对一个或多个处理器进行编程。一个或多个处理器可以与一个或多个计算机可读介质/存储设备、外设和/或通信接口通信。 [0066] 图4示出了接收器404的示例性细节，该接收器404可以是包括在UE 110中的接收器204(如图2所示)或包括在BS 170中的接收器304(如图3所示)，但并不限于此。参考图4，接收器404示出为包括输入端406，在该输入端406处接收射频(radio frequency，RF)信号，因此，输入端406也可以称为RF输入端406。RF输入端406可以与天线或耦合器耦合，但并不限于此。将RF输入端406接收到的RF信号提供给低噪声放大器(low noise amplifier，LNA)408，该低噪声放大器408可以具有可调增益。LNA408放大其接收到的功率较低的RF信号，而不显著降低该信号的信噪比(signal-to-noise ratio，SNR)。将LNA408输出的放大后的RF信号提供给混频器410。混频器410除了从LNA408接收放大器RF信号外，还从本地振荡器接收振荡器信号，在这种情况下，该本地振荡器是锁相环(Phase Locked Loop，PLL)431。混频器410调整放大器RF信号的频率，例如，从第一频率调整到低于第一频率的第二频率。更具体地，混频器410可以是下变频混频器(DN MIX)，该下变频混频器将放大后的RF信号从相对高的频率下变频至基带频率，或者下变频至与基带频率偏移的中频(intermediate frequency，IF)。因此，将来自PLL 431的振荡器信号用作接收器404中的载波信号。 [0067] 仍然参考图4，从混频器410输出的下变频后的RF信号示出为提供给跨阻放大器(trans-impedance amplifier，TIA)412。TIA412用作电流缓冲器，以将TIA412下游的多反馈(multi-feedback，MFB)滤波器414与TIA 412上游的混频器410隔离。MBF滤波器414对下变频后的RF信号进行低通滤波，以滤除不相关的高频信号分量，如高频(high frequency，HF)噪声。将从MBF滤波器414输出的滤波后的RF信号提供给可变增益放大器(variable gain amplifier，VGA)，该可变增益放大器用于在将RF信号提供给模数(analog-to-digital，A/D)转换器418之前放大RF信号，该模数转换器418将RF信号从模拟信号转换为数字信号。然后，将从A/D转换器418输出的数字信号提供给数字滤波器420，该数字滤波器420执行附加滤波以去除带外信号分量并削弱来自A/D转换器418的量化能量。然后，将数字滤波器420输出的滤波后的数字信号提供给数字滤波器420下游的其它数字电路。例如，这种其它数字电路可以包括数字信号处理器(digital signal processor，DSP)，但并不限于此。可以使用相同的DSP或不同的DSP来实现数字滤波器420。 [0068] 图5示出了发送器502的示例性细节，该发送器502可以是包括在UE 110中的发送器202(如图2所示)或包括在BS 170中的发送器302(如图3所示)，但并不限于此。参考图5，发送器502示出为包括数模(Digital-to-Analog，D/A)转换器506，该数模转换器506将数字输入(例如，来自处理器208或处理器308)转换为模拟RF信号，并将RF信号提供给低通滤波器508，该低通滤波器508对RF信号进行滤波，并将滤波后的RF信号提供给混频器510。混频器510除了从低通滤波器508接收滤波后的RF信号外，还从PLL 531接收本振信号，并调整RF信号的频率，例如从第一频率调整到高于第一频率的第二频率。更具体地，混频器510可以是上变频混频器(UP MIX)，该上变频混频器将滤波后的RF信号从相对低的频率(例如，基带频率，或与基带频率偏移的中频(intermediate frequency，IF))上变频至相对高的频率。因此，将来自PLL 531的振荡器信号用作发送器502中的载波信号。然后，来自混频器510的RF信号由预功率放大器(Pre-Power Amplifier，PPA)512和功率放大器(Power Amplifier，PA)514放大，并在提供给RF输出端518(RFout)之前由滤波器516滤波。例如，RF输出端518可以与天线或耦合器耦合，但并不限于此。 [0069] 图6示出了PLL 631(例如，图4的PLL 431或图5的PLL 531)的示意图，所述PLL可用于为发送器(例如，为发送器202或发送器302)或为接收器(例如，为用户设备中或基站中的接收器，如接收器204或接收器304)或为任何其它目的提供本振信号。PLL 531可以与接收器和/或发送器(例如，接收器404和/或发送器502)合并到通用IC或一组IC中，所述接收器和/或发送器可以例如使用倒装芯片或金属凸焊来形成到此类IC的连接，而无需使用接合线。发送器、接收器或收发器IC可以包括多个PLL，以产生振荡器信号，所述振荡器信号可以用作载波信号，但并不限于此。 [0070] PLL 631包括鉴相器640，该鉴相器640通过分频器642(根据输入频率与输出频率之间的关系，分频器642可以视为可选的)从PLL 631的输出端通过反馈回路接收输入信号(例如，来自主振荡器的信号)和反馈信号。鉴相器640比较输入频率和反馈频率，并根据相位比较产生输出，该输出提供给低通滤波器644。低通滤波器644根据输入频率与反馈频率之间的差值去除高频噪声，以产生直流(Direct Current，DC)输出。将DC输出提供给压控振荡器VCO 646，该压控振荡器646根据从低通滤波器644接收到的电压调整其输出信号的频率，以便使其输出信号回到输入信号的频率。因此，锁相环提供频率锁定在输入频率的输出。 [0071] 图7A示出了实现VCO 746(例如，PLL 631中使用的图6的VCO 646)以为接收器(例如，接收器404)或发送器(例如，发送器502)提供本振信号的示例。VCO 746包括谐振回路748和放大器750，该放大器750经耦合以向谐振回路提供电输入并放大谐振回路748中的电信号。将控制信号752(例如，来自PLL中的鉴相器和低通滤波器的DC电压)提供给谐振回路 748，以允许调整该回路的谐振频率，从而调整输出信号754的频率。控制信号752可以通过改变谐振回路748的一个或多个组件的特性来改变谐振频率。例如，在包括电容器和电感器的谐振回路(“LC谐振回路”，或简称“LC回路”)中，可以根据控制信号修改电容器的电容(例如，电容器可以是可变电容器，其具有根据控制信号而变化的可变电容)。 [0072] 在某些情况下，LC回路可以包括电感器，该电感器可被抽头处理以使其具有两个以上的端子。例如，抽头电感器可以包括位于电感器端部之间(即，在电感器的端部端子之间)的中间位置处的一个或多个抽头端子。图7B示出了VCO 760的示例，其中，LC回路762包括由控制信号768控制的电容器和抽头电感器，所述抽头电感器除了包括电感器的任一端部处的两个端子外，还包括两个抽头端子。抽头LC回路762的电感器的端部端子可以与放大器764的输入端连接，而抽头LC回路762的电感器的抽头端子可以与放大器764的输出端连接，所述输出端中的一个输出端输出的信号作为输出信号766提供。这可以提供一些优点。例如，从LC回路762到放大器764的输入信号可能超过放大器764的电源电压限制。由于输入电压代表存储在抽头LC回路762中的能量，因此，对于相同的总电感，VCO 760中的VCO噪声可能低于使用无抽头电感器的VCO噪声(即，这是因为LC电路电压较高)。与具有相同尺寸的对应的无抽头电感器相比，抽头电感器可以提供更高的SNR和更高的Q值。由于放大器764的输入电压可能超过电源轨，因此对于给定的功耗，放大器764的增益可能更高。在发明标题为“抽头电感器压控振荡器(Tapped inductor voltage controlled oscillator)”的第9, 425,737号美国专利申请中提供了抽头电感器在VCO中使用的详细描述，该申请的全部内容以引入的方式并入本文。 [0073] 在VCO中使用的放大器(如放大器750和764)可以是单端放大器或差分放大器，并且单端放大器和差分放大器都可以与抽头电感器或无抽头电感器一起使用。单端放大器具有一个输入端和一个输出端，而差分放大器具有两个输入端和两个输出端。单端放大器和差分放大器都可以是反相的或非反相的。 [0074] 例如，图7C示出了VCO 771的示例，该VCO 771包括与谐振回路772连接的单端放大器770，该谐振回路772包括电容器774和无抽头电感器776。图7C示出了VCO 780的示例，该VCO 780包括与谐振回路782连接的单端放大器770，该谐振回路782包括电容器774和抽头电感器784。图7E示出了VCO 786的示例，该VCO 786包括与谐振回路772连接的差分放大器788，该谐振回路772包括电容器774和无抽头电感器776。图7F示出了VCO 790的示例，该VCO 790包括与谐振回路792连接的差分放大器788，该谐振回路792包括电容器774和抽头电感器794，在该示例中，该抽头电感器794具有两个抽头端子。 [0075] 图8A示出了LC回路848的简单示意图的示例，该LC回路848可以用于VCO中，例如像VCO 746的谐振回路748一样。LC回路848包括并联连接的电容器850和电感器852。电容器850可以是可变电容器(图8A中未示出)，其由控制信号控制，以控制LC回路848的谐振频率。 LC回路848的输出端子854、856可以与放大器(如放大器750)连接，并且图8B示出了输出端子854和856之间的电压V。可以看出，在该示例中，电压呈正弦波的形式。该信号的频率ω是LC回路848的谐振频率，并且根据以下等式，该频率取决于电感(L)和电容(C)： [0076] [0077] 一般来说，LC回路的输出信号的信噪比(Signal to Noise Ratio，SNR)和Q因数取决于回路中存储的能量。根据以下等式，所述能量取决于电容(C)、电感(L)、电压(V)和电流(I)： [0078] [0079] 为了增加能量E，提高VCO在固定电源电压和固定频率下的信号强度，可以使电容器增大，同时可以使电感器减小，以减小阻抗，便于增大电流。类似地，为了在降低电压的同时保持相同的能量和信号强度，可以使电感器减小，同时可以使电容器增大。因此，LC回路中的电容器和电感器的相对尺寸可以随着电压的降低而改变(例如，以便于实现具有较低击穿电压的较小设备)。 [0080] 图8C示出了形成在半导体衬底860上的LC回路848的物理实现的示例。电感器852形成为金属回路，所述金属回路形成在半导体衬底860上，例如沉积在覆盖层中、经图案化和蚀刻以形成所示的回路。电容器850可以由一个或多个电容元件形成，所述一个或多个电容元件通过沉积由介电层分隔的导电材料层而形成。虽然减小电感器尺寸和增大电容器尺寸可以在电压范围内工作以提供足够的SNR，但是随着组件尺寸的改变，在组件之间形成连接时可能受到物理限制。例如，可能很难形成足够小的金属回路，并且将其与较大电容器的端子连接，以实现高频率(例如，12GHz)。 [0081] 一般来说，LC回路848等LC回路存储能量，也损失能量。如果能量的增加速度比能量的损失速度快，则信号的功率和振幅就会增加。随着信号增加，损失通常也增加，因此，在增加的能量等于损失的能量的情况下，会出现稳定的极限环。在某些情况下，振荡器可以在不提供外部刺激信号的情况下启动，这是因为电感器总是具有一些电阻，并且电子在这种电感器中的随机运动会使高斯噪声分布在所有频率上。当LC回路对噪声进行滤波时，所述LC回路在谐振频率下在噪声频谱中出现峰值。当放大器与这种LC回路(例如，如在图7A-图7F的示例中所示)连接时，所述放大器放大所述峰值噪声并将其添加到谐振回路的能量中。 这样，振荡器可以在没有任何外部提供的电刺激(存在于LC回路本身的组件中的噪声除外)的情况下启动。由于噪声非常低，振荡器通常需要一些时间才能达到其全振幅。因此，在某些情况下，施加电输入或外部刺激信号，以减少达到全振幅所需的时间。本发明技术的各个方面适用于具有这种刺激信号的实现和不具有这种刺激信号的实现两种情况。 [0082] 图9A以示意性方式示出了谐振回路(即LC回路948)的替代示例，该LC回路948可以用于VCO中，例如像图7A的VCO 746的谐振回路748一样。LC回路948包括呈环形结构的两个电容器，电容器970和电容器972，以及两个电感器，电感器974和电感器976，其中，每个电容器连接在一对电感器之间(即，电容器970连接在电感器974与电感器976之间，电容器972也是如此)，并且每个电感器连接在一对电容器之间(即，电感器974连接在电容器970与电容器972之间，电感器976也是如此)。LC回路948可以视为多元件LC回路或多元件谐振器的示例。 [0083] LC回路948比LC回路848具有某些优点。例如，在LC回路848和LC回路948中的组件上的电压相同且组件的尺寸相同的情况下，LC回路948可以存储更多的能量，从而提供更高的SNR。根据以下等式，LC回路948的谐振频率ω取决于单个电感器974、976的电感(L)和单个电容器970、972的电容(C)： [0084] [0085] 因此，当使用相同尺寸的组件时，谐振频率与LC回路848的谐振频率相同。存储在LC回路948中的能量是存储在LC回路848中的能量E的两倍(即，LC回路948中每个电容器和电感器存储的能量与LC回路848中每个电容器和电感器存储的能量相同，LC回路948中电容器和电感器的数量是LC回路848中电容器和电感器的数量的两倍)。根据以下等式，该能量2E取决于电容(C)、电感(L)、电压(V)和电流(I)： [0086] [0087] 因此，对于相同的电压，与LC回路848相比，LC回路948可以存储两倍的能量，并且可以提高SNR。或者，当使用较低电压(例如，使用上述电压的一半以保持相同的能量和SNR)时，LC回路948的能量和SNR可以与LC回路848的能量和SNR保持相同的水平。通过将提高SNR与降低电压进行某些组合可以获得多种益处。 [0088] 图9B和9C示出了图9A的LC回路948的不同位置处的电压。图9B示出了端子980与端子982之间的电压V1与时间的关系图，而图9C示出了端子984与端子986之间的电压V2与时间的关系图。图9B和图9C示出了呈异相(在此示例中，180度异相)的类似周期信号。电压V1和/或V2可用于提供LC回路948的输出信号(以及包括LC回路948的VCO的输出信号)。为了可以调谐LC回路948，电容器970和/或电容器972可以是可变的(即，可配置为具有不同的电容)，从而可以修改LC回路948的输出(例如，根据PLL中的参考信号)。 [0089] 图9D示出了形成在半导体衬底960上的图9A的LC回路948的物理实现的示例。电感器974形成为半导体衬底960上的金属的一部分，例如沉积在覆盖层中、经图案化和蚀刻以形成所示的部分回路。电感器976类似地形成为半导体衬底960上的金属的一部分。在一个示例中，LC回路中的电感器可以由为半回路的金属的部分形成(例如，电感器974可形成回路的一半，电感器976可形成回路的另一半，其中，回路中的中断处设置有电容器)。电容器970、972可以由一个或多个电容元件形成，所述电容元件通过沉积由介电层分隔的导电材料层而形成。 [0090] 与LC回路的组件连接的一个或多个放大器可以对LC回路中的信号进行放大，以便添加能量，从而克服LC回路的有损元件的能量损失。对于具有并联的单个电容器与单个电感器的LC回路，可以跨越电容器和电感器进行放大。在具有两个或更多个电容器和两个或更多个电感器的LC回路(如LC回路948)中，可以适当地在不同位置处并且以不同配置进行放大。 [0091] 图10A示出了包括图9A的LC回路948的VCO 1000的示例，其中，放大器1002经耦合以跨越电感器976进行放大，放大器1004经耦合以跨越电感器974进行放大。放大器1002、1004可以由用于放大LC回路948中的信号的任何合适的电路形成。放大器1002和1004可以共同地被视为VCO 746的放大器750的示例性实现，并且可以向LC回路948提供电输入并放大电信号，以在LC回路948的谐振频率下产生振荡器信号。 [0092] 图10B示出了放大器1006的示例，该放大器1006可以与LC回路(如图10A的LC回路948)一起使用(即，放大器1006可以用作放大器1002和/或放大器1004)。放大器1006由差分反相器对形成，该差分反相器对由反向定向的反相器1008和反相器1010组成。在该配置中，放大器1006可以在LC回路948中的信号的两个相位上沿两个方向进行放大。 [0093] 图10C示出了放大器1012的另一示例，该放大器1012可以与LC回路(如图10A的LC回路948)一起使用(即，放大器1012可以用作放大器1002和/或放大器1004)。放大器1012由反相器1014形成。在该配置中，放大器1012在LC回路948中的信号的一个相位上仅沿一个方向进行放大。 [0094] LC回路中的电容器可以是可变电容器，该可变电容器由可配置为改变电容的两个或更多个电容元件形成。在具有多于一个电容器的LC回路中，一个或多个电容器可以是可变电容器，以调谐LC回路的谐振频率。 [0095] 图10D示出了可变电容器(即电容器1020)的示意图，该可变电容器可以用于LC回路(如图10A的LC回路948)中(例如，电容器1020可用作电容器970和/或电容器972)。电容器1020包括第一电容元件1022和第二电容元件1024，以及开关1026，以根据第一电容元件 1022和第二电容元件1024的连接以离散量修改电容器1020的电容。具体地，第一电容元件 1022和第二电容元件1024在开关1026断开时，可以不活动(不对电容器1020的电容作用)，或者在开关1026闭合时，可以活动(对电容器1020的电容起作用)。图10D还示出了可变电容元件1028和可变电容元件1030，它们各自具有根据所施加电压在连续范围内可变的相应电容。例如，可变电容元件1028、1030可以是电容随所施加电压而变化的变容管。虽然在电容器1020中示出了两个可变电容元件1028、1030，但是可以提供任意数量的可变电容元件。并且虽然示出了控制电容元件1022和电容元件1024的耦合的单个开关，但是，应理解，可变电容器可以包括任何数量的呈任何合适配置的电容元件(例如，电容元件和开关的阵列或组)。可变电容器可以包括可由开关配置的电容元件(例如，可由开关1026配置的电容元件 1022和1024)和/或可配置以修改电容的可变电容元件(例如，可变电容元件1028、1030)。可以控制开关1026和可变电容元件来以离散量和/或在连续范围内改变电容器1020的电容。 开关1026等开关可以由任何一种或多种合适的组件形成。例如，一个或多个晶体管可以用作可配置以连接或断开组件的开关。可以连接和断开电路节点的任何合适组件都可以用作开关。以这种方式，粗调和微调电容可以实现例如响应于PLL中的鉴相器的电压而精确地调整谐振频率。 [0096] 在具有两个或更多个电容器(例如，LC回路948的电容器970和972)的LC回路中，一个或多个电容器可以是可变电容器。在LC回路948的对称实现中，电容器970和电容器972是可变电容器，例如如图10D所示。在这种实现中，放大可以是对称的，使得放大器1002和放大器1004两者可以由图10B中所示的反相器对形成。该配置中的输出电压V1和V2可以是对称的，相位差为180度。 [0097] 虽然图10A示出了放大器1002和1004分别跨越电感器976和974连接的示例，但是其它放大器到电感器的配置也是可能的。例如，一些电感器可以是抽头电感器，所述抽头电感器(除了具有任一端部处的端子之外)具有一个或多个抽头端子。除了与其在电感器端部处的端部端子连接之外，抽头电感器还可以与其抽头端子连接。 [0098] 图11A示出了作为抽头电感器的电感器1101的示例。除了端部端子1102和1104之外，电感器1101还包括连接到端部端子1102与端部端子1104之间的中间位置的抽头端子1106。因此，除了在端部端子1102与端部端子1104之间延伸的金属回路1108之外，电感器 1101还包括金属连接器1110，该金属连接器1110从金属回路1108的中间位置连接到抽头端子1106，从而可以在中间位置处耦合输入或输出。例如，在一些情况下，将放大器耦合在端部端子与抽头输入端子之间(例如，端部端子1102与抽头端子1106之间)从而通过抽头端子提供输入可能是有利的。端部端子可以与其它组件连接，例如与LC回路948等环形布置中的电容器连接。 [0099] 图11B示出了VCO 1100的实现示意图的示例，该VCO 1100包括图9A的LC回路948，该LC回路948使用图11A的电感器1101等抽头电感器，即，其中，LC回路948的电感器974和976是抽头电感器。通过抽头输入端子对电感器974、976进行放大。具体地，放大器1002与电感器976的抽头端子1112连接，放大器1004与电感器974的抽头端子1114连接。放大器1002和1004可以共同地被视为VCO 760的放大器764的示例性实现，并且可以向LC回路948提供电输入并放大LC回路948中的电信号，以在LC回路948的谐振频率下产生振荡器信号(例如，电压V1或V2可以是振荡器信号)。 [0100] 图11C示出了VCO 1100的更详细的示例(其可以被视为如何使用包括抽头电感器、与抽头电感器的抽头端子连接的反相器以及可变电容器的特定组件来实现VCO 1100的示例)。放大器1002由单个反相器1152实现，该单个反相器1152的输出与电感器976的抽头端子1112连接。放大器1004由单个反相器1154实现，该单个反相器1154的输出与电感器974的抽头端子1114连接。因此，VCO 1100中的放大由包括反相器1152和反相器1154的一对差分反相器提供。电容器970和电容器972实现为可变电容器，所述可变电容器各自具有在一定范围内可变以控制LC回路948的谐振频率的电容。电容器972包括电容元件1158和电容元件1160，以及开关1162，以根据电容元件1158和电容元件1160的连接以离散量修改电容器972的电容。电容器972包括可变电容元件1164和1166，所述可变电容元件1164和1166各自具有根据所施加的电压在连续范围内可变的相应电容。电容器970可以包括与电容器972中示出的组件类似的组件，以便也可以配置电容器970的电容(从图11C中省略了电容器970的组件)。可以看出，VCO 1100提供了一种比对称实现方式更简单的实现方式。 [0101] 虽然上述示例的LC回路948示出为包括呈环形结构的两个电容器和两个电感器，它们以交替顺序排列(电容器、电感器、电容器、电感器)，但是本发明技术不限于任何特定数量的组件，并且可以使用两个以上电感器和两个以上电容器，例如三个电容器和三个电感器、四个电容器和四个电感器、五个电容和五个电感器等来实现。 [0102] 图12示出了LC回路1200的示例，该LC回路1200包括以环形结构的形式进行连接的四个电容器1202、1204、1206和1208以及四个电感器1212、1214、1216和1218，其中，每个电容器串联连接在一对电感器之间，每个电感器串联连接在一对电容器之间。例如，电容器1202连接在电感器1218与1212之间，电容器1204连接在电感器1212与1214之间，等等，并且电感器1212连接在电容器1202与1204之间，电感器1214连接在电容器1204与1206之间，等的。这种环形结构可以扩展为任意数量的组件，并且不限于双电容器、双电感器示例(例如，LC回路948)和四电容器、四电感器示例(例如，LC回路1200)，如附图所示。应理解，术语“环形结构”可以是指串联连接或级联的双端子元件，如电容器和电感器，使得任何一个元件的一个且仅一个端子与闭合回路中下一元件的一个且仅一个端子连接(抽头端子不用于与电容器连接，因此，为了形成这种连接，电感器可以被视为双端子元件)。电容器1202、1204、 1206和1208中的一个或多个可以是可变电容器，以调谐LC回路1200的谐振频率。电感器 1212、1214、1216和1218中的一个或多个可以是抽头电感器，以使放大器可以与抽头端子连接。 [0103] 上述电路可用于各种应用中。参考图13中所示的简要流程图总结了使用谐振回路(如LC回路948或LC回路1200)的方法。参考图13，步骤1300涉及向谐振回路提供电输入，该谐振回路包括形成在半导体衬底上的以环形结构的形式进行连接的第一电容器、第一电感器、第二电容器以及第二电感器，其中，每个电容器串联连接在电感器之间，并且每个电感器串联连接在电容器之间。例如，一个或多个放大器可以与谐振回路的端子连接以向谐振回路提供电输入。仍然参考图13，步骤1302涉及放大从谐振回路中的电输入产生的电信号，以在谐振回路的谐振频率下产生振荡器信号。例如，谐振回路可以在谐振频率下产生电信号，并且放大器可以放大该电信号，以产生振荡器信号(例如，VCO的振荡器信号)。 [0104] 应理解，本主题可以具体体现为许多不同的形式且不应解释为仅限于本文所阐述的实施例。实际上，提供这些实施例是为了使本主题透彻和完整，并将本主题充分传达给本领域技术人员。事实上，本主题旨在涵盖包括在由所附权利要求书限定的本主题的范围和精神内的这些实施例的替代物、修改和等同物。另外，在本主题的以下详细描述中，阐述了许多具体细节，以便提供对本主题的透彻理解。然而，本领域的普通技术人员将清楚，可以在没有此类具体细节的情况下实践本主题。 [0105] 呈现对本发明的描述是为了说明和描述，并不旨在按照所公开形式对本发明穷举或限于本发明。在不偏离本发明的范围和精神的情况下，本领域的普通技术人员将清楚多种修改和改变。选择和描述本发明的各个方面以便更好地解释本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明和适合预期特定用途的各种修改。 [0106] 尽管已经参考本发明的特定特征和实施例描述了本发明，但是显然在不偏离本发明的范围的情况下，可以进行各种修改和组合。因此，说明书和附图仅被视为所附权利要求书限定的对本发明的说明，并且预期覆盖落入本发明的范围内的任何和所有修改、变化、组合或等同物。尽管已经以特定于结构特征和/或方法动作的语言描述了主题，但是应理解，所附权利要求书中限定的主题不必限于上文描述的具体特征或动作。实际上，公开上文描述的具体特征和动作作为实现权利要求的示例形式。 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈