專(zhuān)利名稱(chēng)：自校準(zhǔn)的恒定增益可調(diào)振蕩器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可調(diào)振蕩器，并且尤其涉及可調(diào)振蕩器自校準(zhǔn)以便在寬調(diào)諧范圍內(nèi)生成恒定增益。
背景技術(shù)：
當(dāng)采用頻率合成器時(shí)，壓控振蕩器(VCO)常常用作鎖相環(huán)(PLL)的頻率源。然而，很難使PLL在寬調(diào)諧范圍(例如從500MHz到1GHz)內(nèi)穩(wěn)定以便鎖定外部信號(hào)。由于CMOS加工過(guò)程的工藝和溫度變化，所以浪費(fèi)了環(huán)電容(用于向VCO提供電壓輸入)上的大部分動(dòng)態(tài)范圍。環(huán)電容所要求的電壓可以在諸如C11(0.12微米)和L90(0.09微米)加工過(guò)程中確定的工藝和溫度下達(dá)到很高等級(jí)，其可能導(dǎo)致嚴(yán)重的泄漏問(wèn)題。
想要的是一種諸如VCO之類(lèi)的可調(diào)振蕩器，其在寬頻范圍上具有相對(duì)恒定的增益，并且不受電源、工藝和溫度變化的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明結(jié)合電流控制振蕩器利用電壓-電流轉(zhuǎn)換器來(lái)形成VCO。電壓-電流轉(zhuǎn)換器的增益隨電流控制振蕩器的增益而變化以便形成具有整個(gè)恒定增益的VCO。利用這種恒定的VCO增益，更容易使PLL在寬頻率調(diào)諧范圍內(nèi)穩(wěn)定。此外，可以在任何條件下獲得最大的動(dòng)態(tài)范圍，并改進(jìn)VCO的抖動(dòng)性能。而且，用于環(huán)電容的電壓范圍是意義明確的，這有助于在使用諸如單門(mén)q電容器之類(lèi)的電容器時(shí)避免泄漏問(wèn)題。其防止當(dāng)使用C11或L90工藝時(shí)，環(huán)電容上的電壓到達(dá)較高值。
本發(fā)明提供一種可調(diào)振蕩器。其中電壓-電流轉(zhuǎn)換器接收來(lái)自鎖相環(huán)的電壓作為輸入并且輸出第一電流。電流控制振蕩器接收所述第一電流并且輸出響應(yīng)于電壓的頻率。第二電流被輸入到電流控制振蕩器中以便調(diào)整所述電流控制振蕩器的增益。第三電流被輸入到電壓-電流轉(zhuǎn)換器中以便調(diào)整所述第一電流和所述電壓-電流轉(zhuǎn)換器的增益。使用兩階段預(yù)校準(zhǔn)方法來(lái)設(shè)置第二和第三電流值。在預(yù)校準(zhǔn)期間，控制電路調(diào)整繼而設(shè)置第二和第三電流，以便輸出頻率在電壓范圍上跨越由鎖相環(huán)所要求的鎖定頻率范圍，所述電壓范圍跨越所述鎖相環(huán)的環(huán)電容(loop capacitor)的電壓限度(tolerance)。
一般地說(shuō)，本發(fā)明提供一種可調(diào)振蕩器，其包括電壓-電流轉(zhuǎn)換器，所述電壓-電流轉(zhuǎn)換器具有用于接收來(lái)自鎖相環(huán)的電壓的輸入端和用于輸出根據(jù)所述電壓而轉(zhuǎn)換的第一電流的輸出端。電流控制振蕩器具有用于接收所述第一電流的輸入端和響應(yīng)于所述電壓而輸出一輸出頻率的輸出端。第二電流被輸入到電流控制振蕩器中以便調(diào)整所述電流控制振蕩器的增益。第三電流被輸入到電壓-電流轉(zhuǎn)換器中以便調(diào)整所述第一電流和所述電壓-電流轉(zhuǎn)換器的增益?？刂齐娐氛{(diào)整所述第二和第三電流，以便所述輸出頻率跨越由鎖相環(huán)所要求的鎖定頻率范圍。
用于校準(zhǔn)可調(diào)振蕩器的方法包括步驟向電壓-電流轉(zhuǎn)換器提供第一電壓以便根據(jù)電壓-電流轉(zhuǎn)換器生成第一控制電流；向電流控制振蕩器提供所述第一控制電流以便生成第一頻率；將所述第一頻率與由鎖相環(huán)所要求的鎖定頻率范圍的較低頻率相比較；調(diào)整輸入到所述電流控制振蕩器中的第一校準(zhǔn)電流以便把第一頻率調(diào)整為接近于較低頻率；向電壓-電流轉(zhuǎn)換器提供第二電壓以便根據(jù)所述電壓-電流轉(zhuǎn)換器生成第二控制電流；向所述電流控制振蕩器提供所述第二控制電流以便生成第二頻率；把所述第二頻率與由鎖相環(huán)所要求的鎖定頻率范圍的較高頻率相比較；并且調(diào)整輸入到所述電壓-電流轉(zhuǎn)換器中的校準(zhǔn)電流以便把第二頻率調(diào)整為接近于較高頻率。


現(xiàn)在僅為示例，將參考下列附圖來(lái)描述本發(fā)明進(jìn)一步的優(yōu)選特征，其中圖1表示本發(fā)明的可調(diào)振蕩器的自校準(zhǔn)設(shè)置。
圖2是按照由圖1的可調(diào)振蕩器使用的自校準(zhǔn)方法而生成的線(xiàn)性增益的示例圖。
圖3表示在操作期間使用本發(fā)明的方法來(lái)校準(zhǔn)的可調(diào)振蕩器。
圖4是表示校準(zhǔn)方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
圖1表示本發(fā)明的可調(diào)振蕩器101的自校準(zhǔn)設(shè)置。首先執(zhí)行預(yù)校準(zhǔn)，全差動(dòng)電壓-電流(V/I)轉(zhuǎn)換器107具有用于接收來(lái)自鎖相環(huán)的電壓的輸入端。在可調(diào)振蕩器的正常操作期間，由鎖相環(huán)(PLL)中的環(huán)電容104提供電壓。環(huán)電容104上的電壓變化與自電流控制振蕩器109和外部頻率源輸出的頻率之間的相位或頻率差成比例。依照電流控制振蕩器109的頻率除以分頻器系數(shù)N(Fosc/N)后和外部基準(zhǔn)頻率之間的相位差，通過(guò)調(diào)諧電容器上的電壓來(lái)把電流控制振蕩器109的頻率鎖到外部頻率源上。
在預(yù)校準(zhǔn)期間，從環(huán)電容104到電壓-電流轉(zhuǎn)換器107的輸出電壓被替換為來(lái)自電壓基準(zhǔn)(Voltage Reference)源103的基準(zhǔn)電壓Vref 105。電壓-電流轉(zhuǎn)換器107把Vref 105轉(zhuǎn)換為第一電流或控制電流108?？刂齐娏?08輸入電流控制振蕩器109并且作為輸出頻率Fosc 111輸出。從而，輸出頻率Fosc 111響應(yīng)所述Vref 105。
把Fosc 111提供給頻率檢測(cè)器113，所述頻率檢測(cè)器113接著輸出用于表示頻率(Freq 115)數(shù)值的信號(hào)，F(xiàn)req 115被送到數(shù)字控制塊117。
數(shù)字控制塊117輸出N位二進(jìn)制控制代碼D1 119和D2 121以便控制數(shù)字控制的電流基準(zhǔn)123。優(yōu)選地是，PTAT電流基準(zhǔn)被用作電流基準(zhǔn)123是為了補(bǔ)償CCO109的溫度變化。N位二進(jìn)制控制代碼D1 119和D2 121可以由數(shù)字電路生成。
響應(yīng)于所述N位二進(jìn)制控制代碼D1 119，數(shù)字控制的電流基準(zhǔn)123提供了第一基準(zhǔn)電流Iref1(第二電流)125。響應(yīng)于所述N位二進(jìn)制控制代碼D2 121，數(shù)字控制的電流基準(zhǔn)123提供了第二基準(zhǔn)電流Iref2(第三電流)127。Iref1 125被輸入到電流控制振蕩器109中以便調(diào)整所述電流控制振蕩器125的增益。Iref2 127被輸入到電壓-電流轉(zhuǎn)換器107中以便通過(guò)調(diào)整電壓-電流轉(zhuǎn)換器107的增益來(lái)調(diào)整控制電流108。Iref2 127是電壓-電流轉(zhuǎn)換器107的尾電流，并設(shè)置可以由電壓-電流轉(zhuǎn)換器107提供的控制電流108的最大值。
預(yù)校準(zhǔn)方法可以包括兩個(gè)階段。圖2是按照兩階段自校準(zhǔn)方法而生成的線(xiàn)性增益的示例圖。首先，電壓基準(zhǔn)103被設(shè)置為提供基準(zhǔn)電壓105，所述基準(zhǔn)電壓105具有近似等于電容器104的較低的設(shè)計(jì)電壓限度(圖中的Vmin)值。對(duì)輸入到電流控制振蕩器109中的Iref1 125進(jìn)行調(diào)整，以便在Vmin，把輸出頻率109固定為由鎖相環(huán)所要求的鎖定頻率范圍的較低頻率(圖中的Fmin)。接下來(lái)，電壓基準(zhǔn)103被設(shè)置為提供基準(zhǔn)電壓105，所述基準(zhǔn)電壓105具有近似等于電容器104的較高的設(shè)計(jì)電壓限度(圖中的Vmax)值。對(duì)輸入到電壓-電流轉(zhuǎn)換器107中的Iref2 127進(jìn)行調(diào)整，以便在Vmax，把輸出頻率109固定為由鎖相環(huán)所要求的鎖定頻率范圍的較高頻率(圖中的Fmax)。結(jié)果是可調(diào)振蕩器101可以輸出跨越由所述鎖相環(huán)(PLL)所要求的整個(gè)鎖定頻率范圍的頻率，同時(shí)保持電容器104兩端的電壓在設(shè)計(jì)的限度范圍內(nèi)。
圖4是更為詳細(xì)地舉例說(shuō)明兩階段校準(zhǔn)方法的流程圖。在所述方法的第一階段，在步驟401，電壓基準(zhǔn)103被設(shè)置為提供具有如圖2中的值Vmin(接近于環(huán)電容104的最小設(shè)計(jì)值)的基準(zhǔn)電壓105。此外，N位二進(jìn)制控制代碼D1被設(shè)置為初始的缺省值D0。D0可以是任何值，但是通常被選為給定電路的中間值。此D0將生成初始的電流控制振蕩器頻率Freq0。為了使校準(zhǔn)過(guò)程更快，希望把D1調(diào)整為這樣的值，所述值將把初始頻率Freq0調(diào)整為更接近于如上所述的目標(biāo)值Fmin的頻率。因此在步驟403，使用初始頻率Freq0對(duì)初始值D1(即D0)執(zhí)行線(xiàn)性近似。此線(xiàn)性近似方程式為D1＝D0*Fmin/Freq0。此新的線(xiàn)性近似D1 119生成初始默認(rèn)值Iref1 125。所述Iref1 125的值對(duì)Fosc111進(jìn)行調(diào)整以便使其具有比Freq0的初始頻率更接近于Fmin的值Freq1。在第一階段期間Iref2 127被設(shè)為零，然后頻率檢測(cè)器113檢測(cè)Fosc 111的頻率并且確定頻率值Freq 115，所述Freq 115被送到數(shù)字控制塊117。
在步驟405、407和411，控制塊117把Freq 115與由鎖相環(huán)所要求的鎖定頻率范圍的較低頻率(圖中的Fmin)相比較。當(dāng)Freq 115低于Fmin時(shí)，在步驟409控制代碼D1 119減一以便降低Iref1 125。當(dāng)Freq 115高于Fmin時(shí)，在步驟413控制代碼加一以便增加Iref1 125?？梢灾貜?fù)地增加和/或減少D1 119直到確定D1 119，所述D1 119產(chǎn)生用于生成近似等于Fmin的Freq 115的Iref1 125。在此，D1 119的值被鎖存(在該點(diǎn)D1被認(rèn)為是Doptimized1)并且保持恒定以便生成電流Ioptimized1。一旦發(fā)現(xiàn)此D1 119，所述方法移到第二階段。
在所述方法的第二階段，在步驟415，電壓基準(zhǔn)103被設(shè)置為提供具有如圖2中的值Vmax(接近于環(huán)電容104的最大設(shè)計(jì)值)的基準(zhǔn)電壓105。此外，N位二進(jìn)制控制代碼D2 121被設(shè)置為缺省值D0。在步驟417，使用線(xiàn)性近似方程式D2＝D0*Fmax/Freq0，把D2 121從其初始值D0調(diào)整為根據(jù)初始頻率Freq0所確定的值。此D2 121生成Iref2127值。在第一階段期間通過(guò)把值D1 119鎖存在Doptimized1來(lái)設(shè)置電流Iref1 127。這導(dǎo)致Fosc 111具有值Freq1。然后頻率檢測(cè)器113檢測(cè)Fosc 111的頻率并且確定頻率值Freq 115，所述Freq 115被送到數(shù)字控制塊117。
在步驟419、421和425，控制塊117把Freq 115與由鎖相環(huán)所要求的鎖定頻率范圍的較高頻率(圖中的Fmax)相比較。當(dāng)Freq 115比Fmax高時(shí)，在步驟423控制代碼D2 121減一以便降低Iref2 127。當(dāng)Freq 115低于Fmax時(shí)，在步驟427控制代碼加一以便增加Iref2 127。可以重復(fù)地增加和/或減少D2 121直到確定D2 121，所述D2 121產(chǎn)生用于生成近似等于Fmax的Freq 115的Iref2 127。一旦發(fā)現(xiàn)此D2 121，值D2 121被鎖存(在此點(diǎn)D2被認(rèn)為是Doptimized2)，以便生成電流Ioptimized2并且保持恒定。
圖3表示使用本發(fā)明的方法進(jìn)行校準(zhǔn)的圖1可調(diào)振蕩器101的操作配置301。鎖相環(huán)的環(huán)電容104連接到電壓-電流轉(zhuǎn)換器107。N位二進(jìn)制控制代碼119、121被分別鎖存到Doptimized1和Doptimized2。恒定電流Ioptimized1被送到CCO 109并且確定所述CCO 109的最小振蕩頻率。偏置電流Ioptimized2被送到電壓-電流轉(zhuǎn)換器107以便使環(huán)電容104的動(dòng)態(tài)范圍最大化，降低VCO的靈敏度，并且改進(jìn)抖動(dòng)性能和環(huán)穩(wěn)定性，從而改進(jìn)工藝容差。在圖2中例示了所產(chǎn)生的、在從最小電容器電壓到最大電容器電壓的整個(gè)PLL頻率范圍內(nèi)具有線(xiàn)性增益的可調(diào)振蕩器(VCO)的性能。
在所示意的實(shí)施例中，其它組合和修改也是可以的。例如，先不確定Ioptimized1，可以先確定Ioptimized2，然后再確定Ioptimized1。因此，盡管上面已經(jīng)使用特定實(shí)施例描述了本發(fā)明，然而對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)顯而易見(jiàn)的是，在權(quán)利要求的范圍內(nèi)可以進(jìn)行許多變化。
權(quán)利要求
1.一種可調(diào)振蕩器，包括電壓-電流轉(zhuǎn)換器，其具有用于接收來(lái)自鎖相環(huán)的電壓的輸入端和用于輸出根據(jù)所述電壓而轉(zhuǎn)換的第一電流的輸出端；電流控制振蕩器，其具有用于接收所述第一電流的輸入端和用于輸出響應(yīng)于所述電壓的輸出頻率的輸出端；第二電流，其被輸入到電流控制振蕩器中以便調(diào)整所述電流控制振蕩器的增益；第三電流，其被輸入到電壓-電流轉(zhuǎn)換器中以便調(diào)整所述第一電流和所述電壓-電流轉(zhuǎn)換器的增益；以及控制電路，其用于調(diào)整所述第二和第三電流，以便所述輸出頻率跨越由鎖相環(huán)所要求的鎖定頻率范圍。
2.如權(quán)利要求1所述的可調(diào)振蕩器，其中來(lái)自鎖相環(huán)的電壓由電容器提供，并且所述控制電路調(diào)整第二和第三電流，以便當(dāng)來(lái)自所述電容器的電壓在所述電容器的設(shè)計(jì)限度內(nèi)的電壓范圍內(nèi)改變時(shí)，其輸出頻率跨越由所述鎖相環(huán)所要求的鎖定頻率范圍。
3.如權(quán)利要求1所述的可調(diào)振蕩器，其中由所述控制電路獨(dú)立地調(diào)整第二和第三電流。
4.如權(quán)利要求1所述的可調(diào)振蕩器，其中所述控制電路基于把輸出頻率與由鎖相環(huán)所要求的鎖定頻率范圍的最小和最大頻率進(jìn)行比較，來(lái)調(diào)整第二和第三電流。
5.如權(quán)利要求1所述的可調(diào)振蕩器，其中所述控制電路基于把輸出頻率與由鎖相環(huán)所要求的鎖定頻率范圍的最小頻率進(jìn)行比較，來(lái)調(diào)整第二電流。
6.如權(quán)利要求1所述的可調(diào)振蕩器，其中所述控制電路基于把輸出頻率與由鎖相環(huán)所要求的鎖定頻率范圍的最大頻率進(jìn)行比較，來(lái)調(diào)整第三電流。
7.如權(quán)利要求2所述的可調(diào)振蕩器，還包括在預(yù)校準(zhǔn)階段期間使用的至少一個(gè)電壓基準(zhǔn)源，用于a)向可調(diào)振蕩器提供具有近似等于電容器的較低設(shè)計(jì)電壓限度值的第一電壓，所述控制電路基于此來(lái)調(diào)整第二電流以便輸出頻率接近于由鎖相環(huán)所要求的鎖定頻率范圍的較低頻率，以及b)向可調(diào)振蕩器提供具有近似等于電容器的較高設(shè)計(jì)電壓限度值的第二電壓，所述控制電路基于此來(lái)調(diào)整第三電流以便輸出頻率接近于由鎖相環(huán)所要求的鎖定頻率范圍的較高頻率。
8.如權(quán)利要求1所述的可調(diào)振蕩器，還包括電容器，用于向電壓-電流轉(zhuǎn)換器提供電壓，所述電壓與輸出頻率成比例。
9.一種用于校準(zhǔn)可調(diào)振蕩器的方法，包括步驟向電壓-電流轉(zhuǎn)換器提供第一電壓以便根據(jù)電壓-電流轉(zhuǎn)換器生成第一控制電流；向電流控制振蕩器提供所述第一控制電流以便生成第一頻率；把所述第一頻率與由鎖相環(huán)所要求的鎖定頻率范圍的較低頻率相比較；調(diào)整輸入到所述電流控制振蕩器中的第一校準(zhǔn)電流以便把所述第一頻率調(diào)整為接近于所述較低頻率；向所述電壓-電流轉(zhuǎn)換器提供第二電壓以便根據(jù)所述電壓-電流轉(zhuǎn)換器生成第二控制電流；向所述電流控制振蕩器提供所述第二控制電流以便生成第二頻率；把所述第二頻率與由鎖相環(huán)所要求的鎖定頻率范圍的較高頻率相比較；并且調(diào)整輸入到所述電壓-電流轉(zhuǎn)換器中的校準(zhǔn)電流以便把所述第二頻率調(diào)整為接近于所述較高頻率。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述第一電壓具有近似等于鎖相環(huán)電容的較低的設(shè)計(jì)電壓限度值。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述第二電壓具有近似等于鎖相環(huán)電容的較高的設(shè)計(jì)電壓限度值。
12.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述第一電壓具有近似等于鎖相環(huán)電容的較低的設(shè)計(jì)電壓限度值，并且第二電壓具有近似等于鎖相環(huán)電容的較高的設(shè)計(jì)電壓限度值。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，還包括步驟把電壓從鎖相環(huán)電容提供給電壓-電流轉(zhuǎn)換器，其中所述電壓與電流控制振蕩器的輸出頻率成比例。
14.如權(quán)利要求9所述的方法，還包括步驟使用線(xiàn)性近似來(lái)把第一校準(zhǔn)電流設(shè)置為接近于第一校準(zhǔn)電流的值，所述第一校準(zhǔn)電流將生成等于較低頻率的輸出頻率。
15.如權(quán)利要求9所述的方法，還包括步驟使用線(xiàn)性近似來(lái)把第二校準(zhǔn)電流設(shè)置為接近于第二校準(zhǔn)電流的值，所述第二校準(zhǔn)電流將生成等于較高頻率的輸出頻率。
全文摘要
本發(fā)明提供一種可調(diào)振蕩器。其中電壓－電流轉(zhuǎn)換器接收來(lái)自鎖相環(huán)的電壓作為輸入并且輸出第一電流。電流控制振蕩器接收所述第一電流并且輸出響應(yīng)于電壓的頻率。第二電流被輸入到所述電流控制振蕩器中以便調(diào)整所述電流控制振蕩器的增益。第三電流被輸入到電壓－電流轉(zhuǎn)換器中以便調(diào)整所述第一電流和所述電壓－電流轉(zhuǎn)換器的增益。使用兩階段預(yù)校準(zhǔn)方法來(lái)設(shè)置第二和第三電流值。在預(yù)校準(zhǔn)期間，控制電路調(diào)整繼而設(shè)置第二和第三電流，以便輸出頻率在電壓范圍上跨越由鎖相環(huán)所要求的鎖定頻率范圍，所述電壓范圍跨越所述鎖相環(huán)的環(huán)電容的電壓限度。
文檔編號(hào)H03L7/099GK1751441SQ03826099
公開(kāi)日2006年3月22日 申請(qǐng)日期2003年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月30日
發(fā)明者吳海捷 申請(qǐng)人:因芬奈昂技術(shù)股份有限公司