專利名稱：振蕩電路和l負(fù)載差動電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及振蕩電路和L負(fù)載差動電路，更特定地說，涉及應(yīng)用了LC諧振電路的振蕩電路和可安裝于該振蕩電路中的L負(fù)載差動電路。
背景技術(shù)：
在以移動電話為代表的無線裝置中，為了進(jìn)行將接收信號變換為可解調(diào)的低頻信號的頻率變換以及將發(fā)送信號變換為高頻信號的頻率變換，要應(yīng)用本地振蕩電路，該本地振蕩電路在要求寬振蕩頻率范圍的同時，還要求在振蕩頻率附近的噪聲(相位噪聲)也低。
作為本地振蕩電路之一的電壓控制振蕩電路(VCO)是利用了電路的正反饋的振蕩現(xiàn)象的電路，可利用控制信號來控制振蕩頻率。一般來說，對于VCO，有利用諧振電路的方法和利用電路的延遲時間的方法。
作為利用了諧振電路的VCO，例如如文獻(xiàn)「A.Yamagishi等人，“A Low-Voltage 6-GHz-Band CMOS Monolithic LC-Tank VCO Usinga Tuning-Range Switching Technique”(“一種應(yīng)用調(diào)諧范圍切換技術(shù)的低電壓6千兆赫頻帶CMOS單片LC振蕩回路VCO”)，IEICETrans.Fundamentals，vol.E84-A，no.2，F(xiàn)eb.2001.」所述的那樣，作為利用了晶體管正反饋電路的負(fù)電阻特性的振蕩電路，已知有負(fù)電導(dǎo)LC振蕩電路。本振蕩電路由于采用由電感元件和電容元件構(gòu)成的LC諧振電路，所以得到良好的相位噪聲特性，可望應(yīng)用于便攜式無線裝置用的VCO中。
這里，以負(fù)電導(dǎo)LC振蕩電路為例說明現(xiàn)有的VCO的結(jié)構(gòu)和工作。
現(xiàn)有的VCO采用由2個電感元件和2個二極管元件構(gòu)成的LC諧振電路以及由晶體管的柵和漏交互連接的2個晶體管構(gòu)成的正反饋電路構(gòu)成。
在本結(jié)構(gòu)中，當(dāng)假定各晶體管的互導(dǎo)為gm時，由于正反饋電路的輸入阻抗Rin為Rin＝-2/gm，所以若輸入阻抗的絕對值|Rin|與諧振電路的等效并聯(lián)電阻相等或比它小，則VCO發(fā)生振蕩。這里，假定2個電感元件的電感為L1＝L2＝L，可變結(jié)電容為Cvar，則此時的振蕩頻率fosc用式(1)給出。
fosc=12πLCvar---...(1)]]>因此，振蕩頻率fosc的控制可借助于與二極管元件連接的控制電壓使結(jié)電容Cvar可變來進(jìn)行。
再有，VCO的振蕩振幅Aosc用式(2)表示，其值與振蕩頻率fosc成正比。
Aosc∝2πfoscL…(2)可是，內(nèi)置于上述差動結(jié)構(gòu)的VCO內(nèi)的LC諧振電路在1～2GHz的用途中，從集成化時的面積方面看，集總常數(shù)的LC形狀為主流。作為電容元件，主要使用可變電容器(變?nèi)荻O管)。另一方面，電感元件采用由螺旋形狀布線和引線布線構(gòu)成的螺旋電感器，一般與晶體管元件一起在同一基板上形成。
因此，電感元件的電感唯一地取決于螺旋的形狀，只要不改變掩模設(shè)計，就無法加以調(diào)整。
另一方面，在同一基板上形成的晶體管元件由于制造工序的離散性，未必表現(xiàn)出如設(shè)計那樣的特性，與電感元件之間引起阻抗不匹配，成為成品下降的主要原因。
因此，最近例如如特開平7-142258號公報和特開平8-162331號公報中所述的那樣，即使在將電感元件組裝到電路中的狀態(tài)下，也提出了可使電感變化的多種電感可變元件。
例如，在特開平7-142258號公報中所述的電感可變元件包含在半導(dǎo)體襯底上隔著絕緣膜形成的螺旋電極和用于將該螺旋電極的各圈部分短路的開關(guān)電路而構(gòu)成。
在該結(jié)構(gòu)中，如果開關(guān)電路按照規(guī)定的施加電壓被驅(qū)動至導(dǎo)通狀態(tài)，則對應(yīng)的螺旋電極的各圈部分被局部地短路。其結(jié)果是，由于電感可變元件的圈數(shù)發(fā)生變化，可使作為整體的電感發(fā)生變化。
如上所述，現(xiàn)有的VCO中的振蕩頻率fosc的控制由可變電容Cvar進(jìn)行。然而，由于隨著可變電容Cvar的增加，LC諧振電路的等效并聯(lián)電阻降低，在高電容值下，產(chǎn)生VCO偏離振蕩狀態(tài)的可能性，寬的振蕩頻率范圍變得難以實(shí)現(xiàn)。
此外，因?yàn)閂CO的振蕩振幅Aosc與振蕩頻率fosc成正比，所以在低頻頻段，振蕩振幅Aosc下降，振蕩信號的信噪比減小，從而產(chǎn)生了相位噪聲特性惡化的問題。
另外，在上述電感可變元件中，發(fā)生了起因于與電感元件串聯(lián)連接的開關(guān)電路的導(dǎo)通電阻的Q值下降的不良情形。因此，在用該電感元件構(gòu)成的振蕩電路中，招致相位噪聲特性的惡化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供包括了寬的振蕩頻率范圍和低的相位噪聲特性的振蕩電路。
本發(fā)明的另一目的在于，提供安裝在該振蕩電路內(nèi)、實(shí)現(xiàn)上述性能的L負(fù)載差動電路。
按照本發(fā)明的一個方面，這是一種利用LC諧振電路的正反饋而振蕩的振蕩電路，LC諧振電路包含利用開關(guān)電路使電感可變的電感可變部與電容元件的并聯(lián)諧振電路。
按照本發(fā)明的另一方面，這是一種由交叉耦合的一對晶體管和以反饋方式與一對晶體管耦合的差動型的LC諧振電路構(gòu)成的振蕩電路，LC諧振電路包含第1和第2電感可變部和第1開關(guān)電路，其中，第1和第2電感可變部包含第1和第2輸入輸出端子，第2輸入輸出端子被共同連接在固定節(jié)點(diǎn)上、使電感可變；第1開關(guān)電路被耦合在第1和第2電感可變部的第1輸入輸出端子之間。各第1和第2電感可變部具有以第1輸入輸出端子為起始點(diǎn)，在半導(dǎo)體襯底上隔著層間絕緣膜形成的螺旋狀的布線層和第1端子被連接到布線層的任意位置、第2端子被共同連接在第2輸入輸出端子上的多個第2開關(guān)電路。如果使振蕩電路的多個第2開關(guān)電路中的某1個導(dǎo)通，則將布線層上的導(dǎo)通了的第2開關(guān)電路的連接位置與第2輸入輸出端子電耦合在一起。如果第1開關(guān)電路隨著第2開關(guān)電路導(dǎo)通而導(dǎo)通，則將第1和第2電感可變部電耦合在一起。
如以上說明的那樣，由于本發(fā)明通過使LC諧振電路的電感可變來控制振蕩電路的振蕩頻率，可實(shí)現(xiàn)具備寬的振蕩頻率范圍以及低的相位噪聲特性的振蕩電路，而并不伴之以在低振蕩頻率頻段中的相位噪聲特性的惡化。
另外，通過用配置在其間的開關(guān)電路使差動型LC諧振電路中內(nèi)置的2個電感可變部電耦合，構(gòu)成電感器對，從而可抑制諧振電路的Q值的變差，在電壓控制振蕩電路中，可得到低的相位噪聲特性。再有，如果采取不與電容元件連接的結(jié)構(gòu)，則差動型LC諧振電路也有可能被用作具有高Q值和可變電感的L負(fù)載差動電路。
本發(fā)明的上述和其它的目的、特征、方面和優(yōu)點(diǎn)可從結(jié)合附圖得到理解的、涉及本發(fā)明的下面的詳細(xì)說明中變得明白。


圖1是示出本發(fā)明實(shí)施例1的振蕩電路之一例的結(jié)構(gòu)的圖。
圖2是概略地示出電感可變部的結(jié)構(gòu)之一例的圖。
圖3是示出開關(guān)電路之一例的結(jié)構(gòu)的圖。
圖4是圖2的電感可變部的等效電路圖。
圖5是在圖1的電壓控制振蕩電路內(nèi)的電感可變部Lvar1、Lvar2中示出在應(yīng)用了圖2～圖4所示的電感可變部時的電路結(jié)構(gòu)的圖。
圖6是概略地示出圖2、圖4的電感可變部的第1變例的結(jié)構(gòu)的圖。
圖7是示出圖2、圖4的電感可變部的第2變例的結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖8是示出圖2、圖4的電感可變部的第3變例的結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖9是示出圖2的電感可變部的第4變例的結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖10是示出本發(fā)明實(shí)施例2的振蕩電路之一例的結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖11是示出本發(fā)明實(shí)施例3的振蕩電路之一例的結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖12是概略地示出圖11的電壓控制振蕩電路中的開關(guān)電路組1的結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖13是圖12的開關(guān)電路組1的等效電路圖。
圖14是將圖13的開關(guān)電路組1從Δ連接變換為Y連接時的等效電路圖。
圖15是示出圖11的電感可變部Lvar1、Lvar2的具體的布局結(jié)構(gòu)的圖。
圖16是示出本發(fā)明實(shí)施例3的變例的振蕩電路之一例的結(jié)構(gòu)的電路圖。
具體實(shí)施例方式
以下，參照附圖詳細(xì)地說明本發(fā)明的實(shí)施例。再有，圖中的同一符號表示相同或相當(dāng)?shù)牟糠帧?br> (實(shí)施例1)圖1是示出本發(fā)明實(shí)施例1的振蕩電路的結(jié)構(gòu)的圖。再有，在以下的實(shí)施例中，作為振蕩電路的一個例子，用電壓控制振蕩電路進(jìn)行說明。
參照圖1，電壓控制振蕩電路由差動型LC諧振電路和正反饋電路構(gòu)成，其中，差動型LC諧振電路由使電感可變的電感可變部Lvar1、Lvar2和電容元件C1構(gòu)成，正反饋電路由N溝道MOS晶體管M1、M2構(gòu)成。
電感可變部Lvar1、Lvar2分別具有第1和第2輸入輸出端子，第2輸入輸出端子被共同地連接在外部電源節(jié)點(diǎn)Vdd上。另一方面，第1輸入輸出端子分別與輸出節(jié)點(diǎn)OUT、OUTB連接。進(jìn)而，電容元件被連接在電感可變部Lvar1、Lvar2的第1輸入輸出端子之間。電壓控制振蕩電路中的振蕩頻率fosc可從電感可變部的電感值和電容值求得。
正反饋電路包括被電耦合在電感可變部Lvar1與恒流源Ibias之間的N溝道MOS晶體管M1和被電耦合在電感可變部Lvar2與恒流源Ibias之間的N溝道MOS晶體管M2。
將N溝道MOS晶體管M1、M2中的一個晶體管的柵與另一晶體管的漏交互連接而形成交叉耦合結(jié)構(gòu)。
接著，說明圖1的電壓控制振蕩電路的工作。
參照圖1，電壓控制振蕩電路的正反饋電路由于可視作二端子電路，從N溝道MOS晶體管M1、M2的漏看的輸入阻抗Rin可表示為Rin＝-2/gm。這里，gm是各N溝道MOS晶體管的互導(dǎo)。因此，如果輸入阻抗Rin的絕對值|Rin|等于或小于LC諧振電路的等效并聯(lián)電阻的值，則本電路發(fā)生振蕩。再有，本電路也稱為“負(fù)電導(dǎo)LC振蕩電路”。
這里，在滿足上述振蕩條件時，如果假定電感可變部Lvar1、Lvar2的電感值為L，電容元件C1的電容值為C1，則本電路的振蕩頻率fosc用式(3)給出。再有，假定各無源元件和布線等所具有的寄生電容可以忽略。
fosc=12πLC1---...(3)]]>
另外，振蕩振幅Aosc用式(4)給出。
Aosc∝2πfoscL …(4)從式(3)可知，振蕩頻率fosc隨電感值L而變化。例如，如增大電感值L，則振蕩頻率fosc下降。這時，參照式(4)，由于振蕩頻率fosc隨電感值L的增加而下降，所以即使在低頻頻段，也可抑制振蕩振幅Aosc變差。因此，在現(xiàn)有的VCO中，可避免在低的振蕩頻率頻段中看到的基于振蕩振幅的下降而造成的相位噪聲特性的變差。
這里，說明在圖1的電壓控制振蕩電路中構(gòu)成LC諧振電路的電感可變部Lvar1、Lvar2的具體的結(jié)構(gòu)例。
圖2是概略地示出電感可變部Lvar1、Lvar2的結(jié)構(gòu)之一例的圖。由于電感可變部Lvar1、Lvar2為同一結(jié)構(gòu)，在該圖中，代表性地對電感可變部Lvar1進(jìn)行說明。
參照圖2，電感可變部Lvar1包含在未圖示的半導(dǎo)體襯底上隔著層間絕緣膜而形成的螺旋狀的布線層和開關(guān)電路SW1～SW3。
螺旋狀的布線層例如用鋁或銅等金屬材料形成，其形狀不限于圖2那樣的方形，也包含其它的多邊形及圓形等。
開關(guān)電路SW1～SW3分別將第1端子與螺旋狀布線層的各圈連接，將第2端子與電感元件的輸入輸出端子連接。分別將用于控制導(dǎo)通/關(guān)斷動作的控制信號S1～S3輸入到開關(guān)電路SW1～SW3中。
圖3是示出開關(guān)電路SW1～SW3的結(jié)構(gòu)之一例的圖。
參照圖3，開關(guān)電路SWn(n為1以上、3以下的自然數(shù))例如可用N溝道MOS晶體管10構(gòu)成。N溝道MOS晶體管10如被施加作為對柵的控制信號Sn的控制電壓Vsw，則N溝道MOS晶體管10根據(jù)該電壓電平而導(dǎo)通/關(guān)斷。如控制電壓Vsw為H(高電位)電平，則N溝道MOS晶體管10導(dǎo)通，螺旋狀布線層的對應(yīng)部分與電感元件的輸入輸出端子電耦合。另一方面，如控制電壓Vsw為L(低電位)電平，則N溝道MOS晶體管10關(guān)斷。由此，螺旋狀布線層的對應(yīng)部分與電感元件的輸入輸出端子電隔離。
因此，在多個開關(guān)電路之中選擇1個開關(guān)電路，輸入H電平的控制電壓Vsw，對剩下的開關(guān)電路，輸入L電平的控制電壓Vsw，從而可得到所希望的電感值。
再有，在圖2結(jié)構(gòu)的電感可變部中，由于對螺旋狀布線層的各圈設(shè)置開關(guān)電路SW1～SW3，可得到離散的電感值。
另外，在圖3中，使用N溝道MOS晶體管作為開關(guān)電路，但也可以不是N溝道MOS晶體管，而是雙極晶體管或GaAsMESFET(金屬-半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)。
圖4是圖2的電感可變部Lvar1的等效電路圖。
參照圖4，通過對各圈設(shè)置的開關(guān)電路SW1～SW3，電感可變部被分割為3個電感元件L1、L2、L3。這里，假定各電感元件的電感值分別為L1、L2、L3。
例如，在使開關(guān)電路SW1導(dǎo)通時，全部電感元件的電感值為L1。另外，使開關(guān)電路SW2導(dǎo)通時的電感值為(L1+L2)。這樣，通過有選擇地使開關(guān)電路SW1～SW3中的某1個導(dǎo)通，所得到的電感值被設(shè)定為取L1以上、(L1+L2+L3)以下的可變范圍的離散值。
圖5是在圖1的電壓控制振蕩電路內(nèi)的電感可變部Lvar1、Lvar2中示出在應(yīng)用了圖2～圖4所示的電感可變部時的電路結(jié)構(gòu)的圖。
在圖5的電壓控制振蕩電路中，圖1的LC諧振電路中的電感可變部Lvar1、Lvar2用圖4所示的等效電路表示，對各圈設(shè)置開關(guān)電路SW1～SW3、SW1d～SW3d。LC諧振電路的電容元件C1和正反饋電路的電路結(jié)構(gòu)與圖1的VCO是一樣的。因此，詳細(xì)的說明從略。
開關(guān)電路SW1和SW1d構(gòu)成1組開關(guān)電路組。同樣，開關(guān)電路SW2和SW2d、以及開關(guān)電路SW3和SW3d各自構(gòu)成1組開關(guān)電路組。
在本結(jié)構(gòu)中，在3組開關(guān)電路組之中選擇某1組開關(guān)電路組，使開關(guān)電路SWn和SWnd導(dǎo)通。這時，仍使剩下的開關(guān)電路組的各開關(guān)電路關(guān)斷。例如，如使開關(guān)電路SW1、SW1d導(dǎo)通，則電感可變部Lvar1、Lvar2的電感值均為L1。即，通過有選擇地使開關(guān)電路組中的1組導(dǎo)通，如上所述，可使電感可變部的電感取L1以上、(L1+L2+L3)以下的可變范圍以離散方式變化。其結(jié)果是，電壓控制振蕩電路的振蕩頻率fosc的可變范圍可用式(5)表示。
12π(L1+L2+L3)C≤fosc≤12πL1C---...(5)]]>
再有，在該振蕩頻率可變范圍之中，即使在低頻頻段，振蕩振幅Aosc也不隨電感L的增加而變差，從而不會招致相位噪聲的變差。
因此，按照本發(fā)明的實(shí)施例1，可實(shí)現(xiàn)具有寬的振蕩頻率范圍和低的相位噪聲特性的電壓控制振蕩電路。
(實(shí)施例1的變例)這樣，本實(shí)施例的振蕩電路借助于在LC諧振電路中采用電感可變部而改善了振蕩頻率可變范圍與相位噪聲特性的折衷關(guān)系。關(guān)于電感可變部，利用切換在電感元件的螺旋狀布線層上設(shè)置的多個開關(guān)電路，可很容易得到各種電感值。以下，就電感可變部的結(jié)構(gòu)來說明另一變例。
圖6是概略地示出圖2、圖4的電感可變部Lvar1的第1變例的結(jié)構(gòu)的圖。再有，關(guān)于電感可變部Lvar2，由于其結(jié)構(gòu)與電感可變部Lvar1相同，所以其說明從略。
參照圖6，電感可變部Lvar1在螺旋狀布線層的每1/4圈上設(shè)置開關(guān)電路SW1～SW4，成為在圖2、圖4的電感元件中還增設(shè)了開關(guān)電路的結(jié)構(gòu)。
即使在本結(jié)構(gòu)例中，也因?yàn)橛羞x擇地使開關(guān)電路SW1～SW4中的某1個導(dǎo)通，可得到所希望的電感。進(jìn)而，通過增加開關(guān)電路的配置數(shù)目，在拓寬電感值的可變范圍的同時，使得更細(xì)致的控制成為可能。
因此，如果將圖6的電感可變部安裝在圖1的電壓控制振蕩電路的LC諧振電路中，則可拓寬振蕩頻率fosc的頻率可變范圍，同時使得更細(xì)致的控制成為可能。再有，開關(guān)電路的配置數(shù)目和對螺旋狀布線層的連接位置不限于本實(shí)施例，可任意地進(jìn)行調(diào)整，從而可得到所希望的振蕩頻率。
進(jìn)而，即使在頻率可變范圍的低頻頻段，利用大的電感也可抑制振蕩振幅Aosc的減少，從而避免了相位噪聲特性的變差。
(實(shí)施例1的變例2)圖7是示出圖2、圖4的電感可變部Lvar1的第2變例的結(jié)構(gòu)的等效電路圖。
參照圖7，在圖4的電感可變部的等效電路中，電感可變部Lvar1除了在各圈設(shè)置的開關(guān)電路SW1～SW3外，還成為新增了開關(guān)電路SW4、SW5的結(jié)構(gòu)。
在輸入輸出端子1與輸入輸出端子2之間，開關(guān)電路SW4與電感元件L1～L3并聯(lián)連接。在輸入輸出端子1與開關(guān)電路SW2的1個端子之間，開關(guān)電路SW5與電感元件L1、L2并聯(lián)連接。
在該結(jié)構(gòu)中，通過使開關(guān)電路SW1～SW5有選擇地導(dǎo)通，能使電感以更細(xì)的階梯狀變化。例如，在僅使開關(guān)電路SW1導(dǎo)通時，得到電感值L1。如僅使開關(guān)電路SW2導(dǎo)通，則電感值為(L1+L2)。同樣，如使開關(guān)電路SW3導(dǎo)通，則電感值為(L1+L2+L3)。
此外，如使開關(guān)電路SW4、SW3導(dǎo)通，則電感值基本上為0。另外，如使開關(guān)電路SW5、SW3導(dǎo)通，則電感值為L3。
這樣，通過對多個開關(guān)電路進(jìn)行導(dǎo)通/關(guān)斷組合，可使電感發(fā)生細(xì)致的變化。因此，如果將圖7的電感可變部應(yīng)用于圖1的電壓控制振蕩電路的LC諧振電路中，則可拓寬振蕩頻率fosc的頻率可變范圍，同時使更細(xì)致的控制成為可能。
(實(shí)施例1的變例3)圖8是示出圖2、圖4的電感可變部Lvar1的第3變例的結(jié)構(gòu)的電路圖。
參照圖8，在圖2所示的的電感元件的等效電路中，電感可變部Lvar1除了在各圈設(shè)置的開關(guān)電路SW1～SW3外，還成為新增了開關(guān)電路SW4～SW9的結(jié)構(gòu)。
開關(guān)電路SW4～SW6分別與電感元件L1～L3并聯(lián)連接。開關(guān)電路SW7被并聯(lián)連接在電感元件L2的一端與電感元件L3的一端之間。開關(guān)電路SW8被并聯(lián)連接在電感元件L1的一端與電感元件L2的一端之間。開關(guān)電路SW9被并聯(lián)連接在電感元件L1的一端與電感元件L3的一端之間。
在該結(jié)構(gòu)中，通過使開關(guān)電路SW1～SW9有選擇地導(dǎo)通，可得到對圖2和圖7所示的電感可變部進(jìn)行更細(xì)致地控制的電感值。
例如，如使開關(guān)電路SW2、SW4導(dǎo)通，則可得到電感值L2。另外，通過使開關(guān)電路SW3、SW8導(dǎo)通，得到電感值L3。另外，如使開關(guān)電路SW3和SW4導(dǎo)通，則得到電感值(L2+L3)。
這樣，通過對多個開關(guān)電路進(jìn)行導(dǎo)通/關(guān)斷組合，可在電感的可變范圍內(nèi)進(jìn)行更細(xì)致的設(shè)定。因此，如果將圖8的電感可變部安裝于圖1的電壓控制振蕩電路的LC諧振電路中，則可拓寬振蕩頻率fosc的頻率可變范圍，同時使更細(xì)致的控制成為可能。
(實(shí)施例1的變例4)圖9是示出圖2的電感可變部Lvar1的第4變例的結(jié)構(gòu)的電路圖。
參照圖9，電感可變部Lvar1包括電感值不同的多個電感元件L1～L3和在各電感元件中的未圖示的螺旋狀布線層的一端與輸入輸出端子之間耦合的開關(guān)電路SW1～SW3。
圖2的電感可變部通過在1個螺旋狀布線層上配置多個開關(guān)電路，使電感可變，與此相對照，圖9的電感元件卻在1個螺旋狀布線層上形成包括1個開關(guān)電路的結(jié)構(gòu)。因此，在圖9的電感可變部，通過僅使與具有所希望的電感值的電感元件對應(yīng)的開關(guān)電路導(dǎo)通，即可使電感變化。
由于本結(jié)構(gòu)的電感可變部并聯(lián)配置在多個螺旋狀布線層上，雖然電路規(guī)模增大，但每1個電感元件的開關(guān)電路數(shù)目卻減少了，從而具有電路結(jié)構(gòu)簡潔的優(yōu)點(diǎn)。
(實(shí)施例2)圖10是示出本發(fā)明實(shí)施例2的振蕩電路之一例的圖。再有，與實(shí)施例1一樣，作為振蕩電路的一個例子，用電壓控制振蕩電路進(jìn)行說明。
參照圖10，本圖中的電壓控制振蕩電路相對于圖1中的電壓控制振蕩電路而言，其不同點(diǎn)在于構(gòu)成LC諧振電路的電容元件的電容量可變，對于共同的部分就不重復(fù)說明了。
LC諧振電路由被分別耦合在外部電源節(jié)點(diǎn)Vdd與輸出節(jié)點(diǎn)OUT、OUTB之間的電感可變部Lvar1、Lvar2和被連接在電感元件Lvar1、Lvar2的第1輸入輸出端子之間的可變電容元件Cvar構(gòu)成。以下，假定各無源元件的電感值和電容值分別為L、C。
在本結(jié)構(gòu)中，如忽略各無源元件及布線等的寄生電容等，則電壓控制振蕩電路的振蕩頻率fosc用式(6)給出。
fosc=12πLC---...(6)]]>另外，振蕩振幅Aosc由式(7)給出。
Aosc∝2πfosc·L …(7)從式(6)可知，由于振蕩頻率fosc由電感值L和電容值C這2個變數(shù)的組合決定，所以相對于僅取電感為變數(shù)的實(shí)施例1的電壓控制振蕩電路，可更加拓寬振蕩頻率的可變范圍。
另外，與實(shí)施例1一樣，由于振蕩頻率fosc可隨電感值L的增加而下降，所以即使在低的振蕩頻率下，也可減小振蕩振幅Aosc的變差。進(jìn)而，由于可抑制在低的振蕩頻率下的相位噪聲特性的變差，所以可改善振蕩頻率的可變范圍與相位噪聲的折衷關(guān)系。
(實(shí)施例3)圖11是示出本發(fā)明實(shí)施例3的振蕩電路的結(jié)構(gòu)的圖。再有，作為振蕩電路，以電壓控制振蕩電路為例進(jìn)行說明。
參照圖11，本圖中的電壓控制振蕩電路相對于圖5的實(shí)施例1中的電壓控制振蕩電路而言，形成了在差動型LC諧振電路的電感可變部Lvar1與電感可變部Lvar2之間附加了開關(guān)電路SW1dd～SW3dd的結(jié)構(gòu)，對于共同的部分，其說明從略。
本圖中的電感可變部Lvar1、Lvar2與圖2中的電感可變部Lvar1一樣，分別包括配置于各圈上的開關(guān)電路SW1～SW3，SW1d～SW3d。
此外，在開關(guān)電路SW1、SW1d之間配置開關(guān)電路SW1dd。在開關(guān)電路SW2、SW2d之間配置開關(guān)電路SW2dd。在開關(guān)電路SW3、SW3d之間配置開關(guān)電路SW3dd。再有，假定用開關(guān)電路SW1、SW1d、SW1dd構(gòu)成1組開關(guān)電路組1，用開關(guān)電路SW2、SW2d、SW2dd構(gòu)成1組開關(guān)電路組2，用開關(guān)電路SW3、SW3d、SW3dd構(gòu)成1組開關(guān)電路組3。
通過選擇開關(guān)電路組1～3中的某1組，所構(gòu)成的開關(guān)電路SWn、SWnd、SWndd(n為1以上、3以下的自然數(shù))均被驅(qū)動至導(dǎo)通狀態(tài)。其結(jié)果是，電感可變部Lvar1與電感可變部Lvar2處于被電耦合的狀態(tài)，構(gòu)成了電感器對。
圖12是概略地示出圖11的電壓控制振蕩電路中的開關(guān)電路組1～3的結(jié)構(gòu)的圖。由于開關(guān)電路組1～3的結(jié)構(gòu)是相同的，所以代表性地說明開關(guān)電路組1的結(jié)構(gòu)。
如圖12所示，開關(guān)電路SW1、SW1d被分別并聯(lián)連接在外部電源節(jié)點(diǎn)Vdd與電感元件L1之間。此外，開關(guān)電路SW1dd被耦合在開關(guān)電路SW1、SW1d之間。
以下，說明設(shè)置了開關(guān)電路SW1dd～SW3dd所造成的效果。
在圖11的電壓控制振蕩電路中，選擇1組開關(guān)電路組并使之導(dǎo)通。例如，如假定選擇開關(guān)電路組1，則使開關(guān)電路SW1、SW1d、SW1dd導(dǎo)通。由此，在外部電源節(jié)點(diǎn)Vdd與輸出節(jié)點(diǎn)OUT、OUTB之間的電感可變部Lvar1、Lvar2的電感值均被設(shè)定為L1。
電感可變部Lvar1、Lvar2進(jìn)而經(jīng)開關(guān)電路SW1dd成為發(fā)生電耦合的狀態(tài)。僅抽出了此時的開關(guān)電路組1的等效電路可在圖13中表示出來。再有，電阻元件R是各開關(guān)電路的導(dǎo)通電阻。
這里，在圖13的由3個電阻元件R構(gòu)成的等效電路圖中，如將電阻元件R的△連接變換為Y連接，則開關(guān)電路組1用圖14的等效電路給出。如該圖所示，構(gòu)成等效電路的3個電阻元件的電阻值為R/3。因此，被串聯(lián)連接在內(nèi)置于圖11的電感可變部Lvar1、Lvar2的電感元件的每一個中的電阻分量為R/3。
另一方面，在圖5的電壓控制振蕩電路中，在各電感可變部中與電感元件串聯(lián)連接的電阻分量為開關(guān)電路SW1～SW3、SW1d～SW3d的導(dǎo)通電阻R。即，借助于開關(guān)電路SW1dd～SW3dd的插入，可將電阻分量減少至1/3。
LC諧振電路的Q值具有若與電感元件串聯(lián)連接的電阻分量小則增高，而若電阻分量大則降低的特性。因此，本實(shí)施例的電壓控制振蕩電路中的諧振電路因開關(guān)電路SW1dd～SW3dd的電阻分量的減少，與圖5的LC諧振電路相比，可得到更高的Q值。作為結(jié)果，此事導(dǎo)致電壓控制振蕩電路的低的相位噪聲特性。
再有，本結(jié)構(gòu)的差動型LC諧振電路不僅可應(yīng)用于本實(shí)施例中所示的電壓控制振蕩電路，還可應(yīng)用于將差動型LC諧振電路作為負(fù)載的差動放大器和混頻器，可實(shí)現(xiàn)因高Q值而導(dǎo)致的高增益特性和低噪聲特性。另外，如果不接電容元件而僅僅作為L負(fù)載差動電路應(yīng)用于該RF電路等，則產(chǎn)生了使電感值可變的特征，從而可實(shí)現(xiàn)增益可變的電路。
圖15是示出在圖11的內(nèi)置于電壓控制振蕩電路中的差動型LC諧振電路中，電感可變部Lvar1、Lvar2的具體的布局結(jié)構(gòu)的圖。
參照圖15，電感可變部Lvar1、Lvar2構(gòu)成將2個螺旋狀布線層組合起來的差動型電感器。對2個電感可變部共同的輸入輸出端子1被連接到未圖示的外部電源節(jié)點(diǎn)Vdd上。另一方面，各電感可變部的另外的輸入輸出端子2、3被分別連接到未圖示的電壓控制振蕩電路的輸出節(jié)點(diǎn)OUT、OUTB上。
因2個電感可變部用圖15所示的差動型電感器構(gòu)成，當(dāng)插入開關(guān)電路SW1dd～SW3dd時，可將結(jié)構(gòu)制成小巧型而并不伴之以增大電路規(guī)模。
如上所述，按照本發(fā)明的實(shí)施例3，借助于設(shè)置在其間的開關(guān)電路使2個電感可變部電耦合在一起，構(gòu)成1個電感器對，可減少與電感元件串聯(lián)連接的電阻分量，從而可抑制差動型LC諧振電路的Q值的變差，可確保電壓控制振蕩電路的低的相位噪聲特性。
另外，在差動型LC諧振電路中，通過用差動型電感器構(gòu)成電感器對，可抑制電路規(guī)模隨著開關(guān)電路的插入而增大，可將電壓控制振蕩電路在布局上制成小巧型。
(實(shí)施例3的變例)圖16是示出作為本發(fā)明實(shí)施例3的變例的振蕩電路的電壓控制振蕩電路的結(jié)構(gòu)的電路圖。
參照圖16，本圖中的電壓控制振蕩電路相對于圖11中的電壓控制振蕩電路，系用各自由多個電感元件構(gòu)成的電感可變部Lvar1、Lvar2和開關(guān)電路SW1dd～SW3dd構(gòu)成被內(nèi)置于差動型LC諧振電路中的電感器對。因此，對于與圖11的電壓控制振蕩電路共同的部分，其詳細(xì)的說明就從略了。
電感器對用與外部電源節(jié)點(diǎn)Vdd并聯(lián)連接的2個電感可變部Lvar1、Lvar2和在電感可變部Lvar1、Lvar2之間配置的開關(guān)電路SW1dd～SW3dd構(gòu)成。
電感可變部Lvar1、Lvar2分別與9所示的結(jié)構(gòu)為同一結(jié)構(gòu)。電感可變部Lvar1包含被分別并聯(lián)連接在外部電源節(jié)點(diǎn)Vdd與電壓控制振蕩電路的輸出節(jié)點(diǎn)OUT之間的、電感值不同的多個電感元件L1～L3和被耦合在各電感元件L1～L3與外部電源節(jié)點(diǎn)Vdd之間的開關(guān)電路SW1～SW3。電感可變部Lvar2也同樣地包含被并聯(lián)連接在外部電源節(jié)點(diǎn)Vdd與電壓控制振蕩電路的輸出節(jié)點(diǎn)OUTB之間的、電感值不同的多個電感元件L1～L3和被耦合在各電感元件L1～L3與外部電源節(jié)點(diǎn)Vdd之間的開關(guān)電路SW1d～SW3d。
在本結(jié)構(gòu)中，電感可變部Lvar1、Lvar2分別使多個開關(guān)電路SW1～SW3、SW1d～SW3d中的某1個導(dǎo)通，從而可得到所希望的電感值。
進(jìn)而，在使開關(guān)電路SWn、SWnd導(dǎo)通的同時，在被設(shè)置于電感可變部之間的開關(guān)電路SW1dd～SW3dd之中，使對應(yīng)的1個開關(guān)電路SWndd導(dǎo)通，構(gòu)成電感器對。由此，與實(shí)施例3一樣，與電感元件連接的串聯(lián)電阻分量被減少至R/3。因此，在差動型LC諧振電路中，由于得到高Q值，從而可保證電壓控制振蕩電路的低的相位噪聲特性。
再有，與實(shí)施例3一樣，本結(jié)構(gòu)的差動型LC諧振電路也可應(yīng)用于差動放大器和混頻器等的RF電路中，使得基于高Q值而導(dǎo)致的高增益特性和低噪聲特性成為可能。另外，如果不接電容元件而僅僅作為L負(fù)載差動電路應(yīng)用于該RF電路等，則產(chǎn)生了使電感值可變的特征，從而可實(shí)現(xiàn)增益可變的電路。
以上，如實(shí)施例1～3所示，本發(fā)明的振蕩電路通過在差動型LC諧振電路中利用對局部配置于螺旋狀布線層上的開關(guān)電路的控制，使電感值可變，來控制振蕩頻率，從而改善了頻率可變范圍與相位噪聲特性的折衷關(guān)系。
進(jìn)而，在實(shí)施例3中，在差動型LC諧振電路中經(jīng)開關(guān)電路構(gòu)成將2個電感可變部電耦合的電感器對，從而減少了與電感元件串聯(lián)連接的電阻分量，實(shí)現(xiàn)了高Q值。通過將本結(jié)構(gòu)的諧振電路配置在電壓控制振蕩電路中，得到了低的相位噪聲特性。
另一方面，由于開關(guān)電路的插入損耗對諧振電路的Q值以及電壓控制振蕩電路的相位噪聲特性的影響仍然很大，所以希望插入損耗能進(jìn)一步降低。
因此，如果用例如耗盡層擴(kuò)展晶體管(以下，也稱為DET)那樣的低插入損耗的晶體管構(gòu)成開關(guān)電路，則可進(jìn)一步改善相位噪聲特性。
DET具有從現(xiàn)有的CMOS晶體管中去除了P型阱、P+隔離層和穿通終止層的元件結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了源/漏電極的低的結(jié)電容和高的接地電阻，可實(shí)現(xiàn)低插入損耗。關(guān)于DET的詳細(xì)的元件結(jié)構(gòu)，請參照例如文獻(xiàn)“A 1.4dB Insertion-Loss，5GHz Transmit/Receive Switch UtilizingNovel Depletion-Layer-Extended Transistors(DFTs)in 0.18μmCMOS Process(一種利用了按0.18微米CMOS工藝制作的新穎的耗盡層擴(kuò)展晶體管(DET)的1.4dB插入損耗、5千兆赫發(fā)送/接收開關(guān))”，T.Ohnakado等人，IEEE Symposium on VLSI Technology Digestof Tech.Papers，16.4，Jun 2002.。
雖然已詳細(xì)地說明并揭示了本發(fā)明，但顯然應(yīng)理解為這僅僅是例示性的而非限定性的，發(fā)明的宗旨和范圍僅由所附的權(quán)利要求范圍來限定。
權(quán)利要求
1.一種振蕩電路，它是利用LC諧振電路的正反饋而振蕩的振蕩電路，其特征在于上述LC諧振電路包含利用開關(guān)電路使電感可變的電感可變部與電容元件的并聯(lián)諧振電路。
2. 如權(quán)利要求1所述的振蕩電路，其特征在于上述電感可變部包含第1和第2輸入輸出端子；螺旋狀的布線層，以上述第1輸入輸出端子為起始點(diǎn)，在半導(dǎo)體襯底上隔著層間絕緣膜形成；以及多個上述開關(guān)電路，第1端子被連接到上述布線層的任意位置、第2端子被共同連接在上述第2輸入輸出端子上，如使上述多個開關(guān)電路中的某1個導(dǎo)通，則將上述布線層上的上述導(dǎo)通了的開關(guān)電路連接的位置與上述第2輸入輸出端子電耦合在一起。
3.如權(quán)利要求2所述的振蕩電路，其特征在于上述電感可變部還包含其第1端子與上述多個開關(guān)電路中的1個開關(guān)電路的第1端子連接、其第2端子與上述多個開關(guān)電路中的另1個開關(guān)電路的第1端子連接的多個第2開關(guān)電路，如使上述多個開關(guān)電路中的某1個和上述多個第2開關(guān)電路中的某1個導(dǎo)通，則將上述布線層上的上述導(dǎo)通了的開關(guān)電路的連接的位置與上述第2輸入輸出端子電耦合在一起。
4.如權(quán)利要求1所述的振蕩電路，其特征在于上述電感可變部包含第1和第2輸入輸出端子；多個螺旋狀的布線層，以上述第1輸入輸出端子為起始點(diǎn)，在半導(dǎo)體襯底上隔著層間絕緣膜形成；以及多個上述開關(guān)電路，被耦合在各上述多個布線層的終點(diǎn)與上述第2輸入輸出端子之間，如使上述多個開關(guān)電路中的某1個導(dǎo)通，則在上述多個布線層之中將耦合上述導(dǎo)通了的開關(guān)電路的1個布線層的終點(diǎn)與上述第2輸入輸出端子電耦合在一起。
5.如權(quán)利要求3所述的振蕩電路，其特征在于上述開關(guān)電路包含根據(jù)控制電壓的電壓電平而導(dǎo)通/關(guān)斷的晶體管元件。
6.如權(quán)利要求1所述的振蕩電路，其特征在于在上述LC諧振電路中，上述電容元件的電容值還是可變的。
7.一種振蕩電路，其特征在于包括交叉耦合的一對晶體管；以及差動型LC諧振電路，以反饋方式與上述一對晶體管耦合，上述LC諧振電路包含上述第1和第2電感可變部，它又包含第1和第2輸入輸出端子，第2輸入輸出端子被共同連接在固定節(jié)點(diǎn)上、使電感可變；以及第1開關(guān)電路，它被耦合在上述第1和第2電感可變部的第1輸入輸出端子之間，各上述第1和第2電感可變部具有螺旋狀的布線層，以上述第1輸入輸出端子為起始點(diǎn)，在半導(dǎo)體襯底上隔著層間絕緣膜形成；以及多個第2開關(guān)電路，第1端子被連接到上述布線層的任意位置、第2端子被共同連接在上述第2輸入輸出端子上，如使上述多個第2開關(guān)電路中的某1個導(dǎo)通，則將上述布線層上的上述導(dǎo)通了的第2開關(guān)電路的連接位置與上述第2輸入輸出端子電耦合在一起，如果上述第1開關(guān)電路隨著上述第2開關(guān)電路導(dǎo)通而導(dǎo)通，則將上述第1和第2電感可變部電耦合在一起。
8.一種振蕩電路，其特征在于包括交叉耦合的一對晶體管；以及差動型LC諧振電路，以反饋方式與上述一對晶體管耦合，上述LC諧振電路包含上述第1和第2電感可變部，它又包含第1和第2輸入輸出端子，第2輸入輸出端子被共同連接在固定節(jié)點(diǎn)上、使電感可變；以及第1開關(guān)電路，它被耦合在上述第1和第2電感可變部的第1輸入輸出端子之間，各上述第1和第2電感可變部具有多個螺旋狀的布線層，以上述第1輸入輸出端子為起始點(diǎn)，在半導(dǎo)體襯底上隔著層間絕緣膜形成；以及多個第2開關(guān)電路，被耦合在各上述多個布線層的終點(diǎn)與上述第2輸入輸出端子之間，如果使上述多個第2開關(guān)電路中的某1個導(dǎo)通，則在上述多個布線層之中將連接上述導(dǎo)通了的第2開關(guān)電路的1個布線層的終點(diǎn)與上述第2輸入輸出端子電耦合在一起。如果上述第1開關(guān)電路隨著上述第2開關(guān)電路導(dǎo)通而導(dǎo)通，則將上述第1和第2電感可變部電耦合在一起。
9.如權(quán)利要求7所述的振蕩電路，其特征在于上述第1和第2電感可變部構(gòu)成差動型電感元件。
10.如權(quán)利要求7所述的振蕩電路，其特征在于上述第1開關(guān)電路和上述多個第2開關(guān)電路包含根據(jù)控制電壓的電壓電平而導(dǎo)通/關(guān)斷的晶體管元件。
11.如權(quán)利要求7所述的振蕩電路，其特征在于在上述LC諧振電路中，電容元件的電容值還是可變的。
12.一種L負(fù)載差動電路，其特征在于包括具有第2輸入輸出端子被共同連接在固定節(jié)點(diǎn)上、使電感可變的第1和第2電感可變部；以及被耦合在上述第1和第2電感可變部的第1輸入輸出端子之間的第1開關(guān)電路的電感器對，各上述第1和第2電感可變部具有螺旋狀的布線層，以上述第1輸入輸出端子為起始點(diǎn)，在半導(dǎo)體襯底上隔著層間絕緣膜形成；以及多個第2開關(guān)電路，第1端子被連接到上述布線層的任意位置、第2端子被共同連接在上述第2輸入輸出端子上，如果使上述多個第2開關(guān)電路中的某1個導(dǎo)通，則將上述布線層上的上述導(dǎo)通了的第2開關(guān)電路的連接位置與上述第2輸入輸出端子電耦合在一起，如果上述第1開關(guān)電路隨著上述第2開關(guān)電路導(dǎo)通而導(dǎo)通，則將上述第1和第2電感可變部電耦合在一起。
13.一種L負(fù)載差動電路，其特征在于包括具有第2輸入輸出端子被共同連接在固定節(jié)點(diǎn)上、使電感可變的第1和第2電感可變部；以及被耦合在上述第1和第2電感可變部的第1輸入輸出端子之間的第1開關(guān)電路的電感器對，各上述第1和第2電感可變部具有多個螺旋狀的布線層，以上述第1輸入輸出端子為起始點(diǎn)，在半導(dǎo)體襯底上隔著層間絕緣膜形成；以及多個第2開關(guān)電路，被耦合在各上述多個布線層的終點(diǎn)與上述第2輸入輸出端子之間，如使上述多個第2開關(guān)電路中的某1個導(dǎo)通，則在上述多個布線層之中將連接上述導(dǎo)通了的第2開關(guān)電路的1個布線層的終點(diǎn)與上述第2輸入輸出端子電耦合在一起。如果上述第1開關(guān)電路隨著上述第2開關(guān)電路導(dǎo)通而導(dǎo)通，則將上述第1和第2電感可變部電耦合在一起。
全文摘要
本發(fā)明的課題是一種振蕩電路，它由差動型LC諧振電路和正反饋電路構(gòu)成，其中，差動型LC諧振電路由包含電感可變部(Lvar1、Lvar2)的L負(fù)載差動電路和電容元件C1構(gòu)成；正反饋電路由N溝道MOS晶體管(M1、M2)構(gòu)成。電感可變部(Lvar1、Lvar2)利用被分別配置在螺旋狀布線層的多個任意位置與輸入輸出端子之間的多個開關(guān)電路(SW1～SW3、SW1d～SW3d)的切換，使電感值可變，來控制振蕩頻率。如果電感可變部(Lvar1、Lvar2)使被耦合在第1輸入輸出端子之間的開關(guān)電路(SW1dd～SW3dd)之中的SWndd與開關(guān)電路(SWn、SWnd)一起導(dǎo)通，則構(gòu)成電感器對。
文檔編號H03B5/12GK1527476SQ20031010476
公開日2004年9月8日 申請日期2003年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月4日
發(fā)明者小紫浩史, 佐野智弘, 佐藤久恭, 熊本敏夫, 橋潔靖之, 之, 夫, 弘, 恭 申請人:株式會社瑞薩科技