專利名稱：正交壓控振蕩器和包括該正交壓控振蕩器的無線收發(fā)器的制作方法
技術領域：
符合本發(fā)明的設備涉及一種正交壓控振蕩器和包括該正交壓控振蕩器的收發(fā)器，更具體地說，涉及一種可通過將振蕩區(qū)域與耦合區(qū)域分離來減小相位噪聲或相位誤差的正交壓控振蕩器和包括該正交壓控振蕩器的收發(fā)器。
背景技術：
通常，壓控振蕩器通過經(jīng)由壓控改變可變電容器的電容來調(diào)諧頻率。所有電子通信系統(tǒng)所必需的壓控振蕩器用于對與預定信號相應的頻率進行上變換或下變換。
根據(jù)信號環(huán)境，其包括單中頻(IF)、雙IF或直接變換，無線收發(fā)器可包括預定數(shù)量的壓控振蕩器電路。
調(diào)制方法需要正交信號。在直接變換(或零IF)的情況下，正交部分的振蕩頻率對于恢復原始信號是必需的。正交壓控振蕩器產(chǎn)生所述頻率。
圖1是示出現(xiàn)有技術的正交壓控振蕩器的結構的電路圖。
參照圖1，正交壓控振蕩器包括同相塊104、106、118、120、142和144，正交相位塊122、124、136、138、146和148，耦合塊108、110、126和128以及電感器-電容器(LC)儲能電路塊112、114、116、130、132和134。
這里，NMOS晶體管118和120，以及PMOS晶體管104和106用于同相振蕩。NMOS晶體管136和138、以及PMOS晶體管122和124用于正交相位振蕩。
此外，PMOS晶體管108、110、126和128用于耦合以產(chǎn)生正交信號。
在包括電感器112和130以及二極管114、116、132和134的LC儲能電路中產(chǎn)生諧振。在這種情況下，所述二極管指的是變?nèi)荻O管。通過根據(jù)經(jīng)由端子150提供的電壓改變電容值來確定振蕩頻率。
此外，端子142、144、146和148中的每一個分別指的是同相正信號輸出端、同相負信號輸出端、正交相位正信號輸出端和正交相位負信號輸出端。端子140連接到DC地。
在圖1中，同相和正交相位的電路彼此相同，每一個產(chǎn)生具有180度相位差的差分信號。所述差分信號表示為I+、I-、Q+和Q-。
圖1所示的正交壓控振蕩器通過由上端PMOS晶體管和下端NMOS晶體管產(chǎn)生的負電阻來進行諧振。通過上述LC儲能電路塊來確定諧振頻率。
可通過等式(1)來計算由LC儲能電路塊確定的諧振頻率。
f=12πLC...(1),]]>其中，L表示電感器112和130的電感，C表示變?nèi)荻O管114、116、132和134的電容。
在圖1中，除了通過使用NMOS晶體管，以及配置為用于通過使用PMOS晶體管產(chǎn)生正交頻率的耦合電路來產(chǎn)生期望的頻率之外，還可通過使用PMOS晶體管，以及配置為用于通過使用NMOS晶體管產(chǎn)生正交頻率的耦合電路來產(chǎn)生期望的頻率，如圖2所示。
圖2所示的正交壓控振蕩器和圖1所示的正交壓控振蕩器具有不同的用于振蕩或耦合的晶體管。然而，每個裝置的功能是相同的。
根據(jù)圖1和圖2所示的現(xiàn)有技術的正交壓控振蕩器的結構，因為由耦合造成的噪聲分量被加到電路中，所以整個電路的相位噪聲和相位誤差增加。
由于電路的復雜性，相位噪聲和相位誤差會因為當執(zhí)行布線時差分正交信號線的沖突而增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種在保持功耗和頻率調(diào)諧范圍的同時產(chǎn)生具有減小的相位噪聲和相位誤差的正交信號的正交壓控振蕩器，以及包括所述正交壓控振蕩器的無線收發(fā)器。
本發(fā)明還提供一種通過將振蕩單元與耦合單元分離來最小化由于耦合造成的噪聲效應的正交壓控振蕩器。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種正交壓控振蕩器，包括振蕩模塊，其振蕩產(chǎn)生具有預定頻率的第一信號和第二信號，以及耦合模塊，其將第一信號和第二信號結合，從而第二信號具有相對于第一信號的正交相位差。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種無線收發(fā)器，包括低噪聲放大器，其放大射頻(RF)信號；正交壓控振蕩器，其通過將振蕩區(qū)域與耦合區(qū)域分離來提供振蕩信號；混頻器，其通過將放大的RF信號與振蕩信號混頻來輸出基帶信號；以及基帶處理器，其處理輸出的基帶信號。


通過下面結合附圖進行的對示例性實施例的詳細描述，本發(fā)明的上述和其它方面將會變得更加清楚，其中圖1是示出現(xiàn)有技術的正交壓控振蕩器的結構的電路圖；圖2是示出另一現(xiàn)有技術的正交壓控振蕩器的結構的電路圖；圖3是示出根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的無線收發(fā)器的結構的框圖；圖4是示出根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的正交壓控振蕩器的結構的框圖；圖5是圖4所示的正交壓控振蕩器的示例性電路圖；圖6是示出根據(jù)本發(fā)明另一示例性實施例的正交壓控振蕩器的結構的電路圖；圖7是圖6所示的正交壓控振蕩器的示例性電路圖；圖8A和圖8B是示出根據(jù)現(xiàn)有技術和本發(fā)明仿真的結果的曲線圖。
具體實施例方式
通過參照下面對優(yōu)選實施例和附圖的詳細描述，本發(fā)明的各方面以及實現(xiàn)本發(fā)明的方法會更加容易理解。然而，本發(fā)明可以按多種不同的形式來實現(xiàn)，不應被解釋為受限于這里闡述的示例性實施例。而是，提供這些實施例，從而該公開將是徹底和全面的，并將本發(fā)明的構思傳達給本領域的技術人員，本發(fā)明將僅由所附權利要求限定。相同的標號在整個說明書中指的是相同的部件。
以下，將參照根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的用戶接口、方法和計算機程序產(chǎn)品的流程圖來描述本發(fā)明。應該理解，流程圖的每一方框和在流程圖中的方框的組合可由計算機程序指令實現(xiàn)。這些計算機程序指令可被提供給通用計算機、專用計算機、或者其它可編程數(shù)據(jù)處理設備的處理器以產(chǎn)生設備，從而經(jīng)計算機或者其它可編程數(shù)據(jù)處理設備的處理器執(zhí)行的指令創(chuàng)建用于實現(xiàn)在一個流程圖方框或多個流程圖方框中指定的功能的手段。這些計算機程序指令也可被存儲在可指導計算機或者其它可編程數(shù)據(jù)處理設備以特定方式工作的計算機可用或計算機可讀存儲器中，以便存儲在計算機可用或計算機可讀存儲器中的指令生產(chǎn)包括執(zhí)行在一個流程圖方框或多個流程圖方框中指定的功能的指令手段的產(chǎn)品。計算機程序指令也可被載入計算機或其它可編程數(shù)據(jù)處理設備以使得一系列操作步驟在計算機或其它可編程設備上被執(zhí)行以產(chǎn)生計算機執(zhí)行的過程，從而在計算機或其它可編程設備上執(zhí)行的指令提供用于實現(xiàn)在一個流程圖方框或多個流程圖方框中指定的功能的步驟。
流程圖的每一方框可代表模塊、代碼段或代碼的一部分，其包括用于實現(xiàn)指定的邏輯功能的一條或多條可執(zhí)行指令。還應注意到，在一些可選實現(xiàn)中，方框中標注的功能可以不按順序地發(fā)生。例如，順序示出的兩個方框實際上可基本同時執(zhí)行，或者有時候塊可以按相反的順序執(zhí)行，這取決于涉及的功能。
現(xiàn)在，將參照附圖更加全面地描述根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的正交壓控振蕩器和包括該正交壓控振蕩器的收發(fā)器。
圖3是示出根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的無線收發(fā)器的結構的框圖。為了方便起見，將分開描述無線收發(fā)器300的發(fā)送處理和接收處理。
以下將描述根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的無線收發(fā)器300在發(fā)送處理中的操作。
在基帶放大器340中放大由基帶處理器390輸出的基帶信號。在這種情況下，基帶信號包括同相信號和正交相位信號。放大的基帶信號與根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的正交壓控振蕩器380中產(chǎn)生的振蕩信號在向上混頻器330中結合，并成為射頻(RF)信號。在這種情況下，正交壓控振蕩器380同時提供同相和正交相位振蕩頻率，并且組成正交壓控振蕩器的振蕩電路和耦合電路彼此分離。在功率放大器320中對RF信號進行放大，并經(jīng)由天線310將其輸出到無線信道。
在發(fā)送處理中使用的功率放大器320可包括用于減小失真并獲得高利益的多級放大器。
現(xiàn)在，將在下面描述無線收發(fā)器300在接收處理中的操作。
通過低噪聲放大器350對經(jīng)由天線310通過無線信道輸入的RF信號進行放大。
放大的RF信號經(jīng)由向下混頻器360變成基帶信號，然后，在基帶放大器370中放大。
在這種情況下，正交壓控振蕩器380同時向向下混頻器360提供同相和正交相位振蕩頻率。此外，在基帶放大器370中放大的信號包括同相信號和正交相位信號。每一差分信號具有180度的相位差，并可提供到基帶處理器390。
開關315阻止從功率放大器320輸出的RF信號輸入到低噪聲放大器350，并阻止經(jīng)由天線310輸入的RF信號發(fā)送到功率放大器320。在全雙工方式中，使用雙工器來代替開關315。
天線310、開關315、功率放大器320和低噪聲放大器350可整體稱作“RF模塊”。
如果電路需要正交信號，則可將根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的正交壓控振蕩器應用到任何無線收發(fā)器。
圖4是示出根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的正交壓控振蕩器的結構的框圖。
參照圖4，根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的正交壓控振蕩器包括振蕩模塊410和用于產(chǎn)生正交頻率的耦合模塊420，耦合模塊420位于振蕩模塊410的底端。
這里使用的術語“模塊”表示但不受限于執(zhí)行特定任務的軟件或硬件部件，諸如現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)或專用集成電路(ASIC)。可方便地將模塊配置為駐留在可尋址存儲介質上，并配置為可在一個或多個處理器上執(zhí)行。因此，模塊可包括，作為示例，諸如軟件部件、面向對象的軟件部件、類部件和任務部件的部件、過程、函數(shù)、屬性、進程、子程序、程序代碼段、驅動程序、固件、微代碼、電路、數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)結構、表、數(shù)組和變量?？蓪⒃诓考湍K中提供的功能結合成更少的部件和功能，或者將其進一步分成另外的部件和模塊。
耦合模塊420使用正交壓控振蕩器的輸出信號I+、I-、Q+和Q-信號430來產(chǎn)生正交頻率。因此，振蕩模塊410和耦合模塊420彼此分離，由耦合造成的噪聲不影響振蕩模塊410的相位噪聲。
圖5是圖4所示的正交壓控振蕩器的示例性電路圖，其明確地示出振蕩模塊410和耦合模塊420。
參照圖5，正交壓控振蕩器包括同相塊502和503，正交相位塊509和510、耦合塊507、508、513和514，以及LC儲能電路塊504、505、506、511、512和513。
在這種情況下，PMOS晶體管502和503用于同相振蕩，PMOS晶體管509和510用于正交相位振蕩。
NMOS晶體管507、508、513和514用于耦合以產(chǎn)生正交信號。
在包括電感器506和513以及二極管504、505、511和512的LC儲能電路中產(chǎn)生諧振。在這種情況下，所述二極管為變?nèi)荻O管。通過根據(jù)經(jīng)由端子517提供的電壓改變電容值來確定振蕩頻率。
在圖5中，正交壓控振蕩器的輸出級表示為I+、I-、Q+和Q-，其中的每一個連接到組成耦合模塊420的NMOS晶體管的柵極。
即，I+連接到NMOS晶體管514的柵極，I-連接到NMOS晶體管513的柵極，Q+連接到NMOS晶體管507的柵極，Q-連接到NMOS晶體管508的柵極。
同相單元的電路和正交相位的電路是相同的，它們中的每一個產(chǎn)生具有180度相位差的差分信號。所述差分信號表示為I+、I-、Q+和Q-。
圖5所示的正交壓控振蕩器通過由組成振蕩模塊410的PMOS晶體管502、503、509和510產(chǎn)生的負電阻來進行諧振。可通過等式1計算諧振頻率。
參照圖5，當耦合模塊420連接到振蕩模塊410的底端時，振蕩模塊410可包括PMOS晶體管，耦合模塊420可包括NMOS晶體管。
正交壓控振蕩器的輸出信號連接到組成耦合模塊420的NMOS晶體管的漏極。
圖4和圖5示出耦合模塊420連接到振蕩模塊410的底端。然而，耦合模塊420可位于振蕩模塊410的頂端。
也就是說，如圖6所示，根據(jù)本發(fā)明另一示例性實施例的正交壓控振蕩器包括振蕩模塊610和耦合模塊620，振蕩模塊610可連接到耦合模塊620的底端。
在圖7中示出振蕩模塊610和耦合模塊620的示例性電路圖，其基本結構與圖5所示的電路圖相同。
唯一的差別在于振蕩模塊610包括NMOS晶體管，而耦合模塊620包括PMOS晶體管。
在根據(jù)IEEE 802.11a標準的4.8到6.1GHz范圍內(nèi)執(zhí)行本發(fā)明示例性實施例的仿真。這里，假設整個電路工作在1.2伏。
圖8A是示出根據(jù)現(xiàn)有技術的仿真結果的曲線圖，圖8B是示出根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的仿真結果的曲線圖。在表1和表2中示出所述結果。
表1

表1示出在不同頻率的相位噪聲。相位噪聲針對偏移頻率是1MHz的情況。參照表1，根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的相位噪聲在4.8到6.1GHz范圍內(nèi)比根據(jù)現(xiàn)有技術的相位噪聲增加大約3dB。
表2

表2示出在不同頻率的相位誤差。信號I+、I-、Q+和Q-的每一個必須保持特定相位差。當信號不能保持所述相位差時，相位誤差指示相位差。如表2所示，相位誤差可被減小，特別是當頻率較高時非常有效。
如圖8A和8B所示，本發(fā)明的示例性實施例的實現(xiàn)使得高頻成分更小。
根據(jù)如上所述的本發(fā)明的示例性實施例，在正交壓控振蕩器中通過將振蕩單元與耦合單元分離，可減小相位噪聲或相位誤差，并且可簡化電路。
盡管已經(jīng)結合本發(fā)明的示例性實施例描述了正交壓控振蕩器和包括該正交壓控振蕩器的收發(fā)器，但是本領域的技術人員將理解在不脫離本發(fā)明的范圍和精神的情況下，可進行各種修改和改變。因此，應理解，上述示例性實施例在各個方面均不是限制性，而是示例性的。
權利要求
1.一種正交壓控振蕩器，包括振蕩模塊，其提供第一信號和第二信號，其中，第一信號和第二信號的每一個具有預定頻率；以及耦合模塊，其以如下方式將第一信號與第二信號結合第二信號具有相對于第一信號的正交相位差。
2.如權利要求1所述的振蕩器，其中，第一信號和第二信號的每一個包括差分信號，其中，第一信號的差分信號具有相對于第二信號的差分信號的180度相位差。
3.如權利要求1所述的振蕩器，其中，耦合模塊連接到振蕩模塊的底端。
4.如權利要求3所述的振蕩器，其中，振蕩模塊包括多個PMOS晶體管，耦合模塊包括多個NMOS晶體管。
5.如權利要求4所述的振蕩器，其中，振蕩模塊不包括NMOS晶體管，耦合模塊不包括PMOS晶體管。
6.如權利要求4所述的振蕩器，其中，流入PMOS晶體管的信號也流入NMOS晶體管。
7.如權利要求1所述的振蕩器，其中，振蕩模塊連接到耦合模塊的底端。
8.如權利要求7所述的振蕩器，其中，振蕩模塊包括多個NMOS晶體管，耦合模塊包括多個PMOS晶體管。
9.如權利要求8所述的振蕩器，其中，振蕩模塊不包括PMOS晶體管，耦合模塊不包括NMOS晶體管。
10.如權利要求8所述的振蕩器，其中，流入NMOS晶體管的信號也流入PMOS晶體管。
11.如權利要求1所述的振蕩器，其中，振蕩模塊包括電感器-電容器儲能電路。
12.如權利要求11所述的振蕩器，其中，電感器-電容器儲能電路包括電感器和二極管。
13.如權利要求1所述的振蕩器，其中，耦合模塊使用正交壓控振蕩器的輸出信號來產(chǎn)生正交頻率。
14.一種無線收發(fā)器，包括低噪聲放大器，其放大射頻信號；正交壓控振蕩器，其通過將振蕩區(qū)域與耦合區(qū)域分離來提供振蕩信號；混頻器，其通過將放大的RF信號與振蕩信號混頻來輸出基帶信號；以及基帶處理器，其處理輸出的基帶信號。
15.如權利要求14所述的收發(fā)器，其中，正交壓控振蕩器包括振蕩模塊，其提供第一信號和第二信號，其中，第一信號和第二信號的每一個具有預定頻率；以及耦合模塊，其以如下方式將第一信號與第二信號結合第二信號具有相對于第一信號的正交相位差。
16.如權利要求15所述的收發(fā)器，其中，第一信號和第二信號的每一個包括差分信號，其中，第一信號的差分信號具有相對于第二信號的差分信號的180度相位差。
17.如權利要求15所述的收發(fā)器，其中，耦合模塊連接到振蕩模塊的底端。
18.如權利要求17所述的收發(fā)器，其中，振蕩模塊包括多個PMOS晶體管，耦合模塊包括多個NMOS晶體管。
19.如權利要求18所述的收發(fā)器，其中，振蕩模塊不包括NMOS晶體管，耦合模塊不包括PMOS晶體管。
20.如權利要求18所述的收發(fā)器，其中，流入PMOS晶體管的信號也流入NMOS晶體管。
21.如權利要求15所述的收發(fā)器，其中，振蕩模塊連接到耦合模塊的底端。
22.如權利要求21所述的收發(fā)器，其中，振蕩模塊包括多個NMOS晶體管，耦合模塊包括多個PMOS晶體管。
23.如權利要求21所述的收發(fā)器，其中，振蕩模塊不包括PMOS晶體管，耦合模塊不包括NMOS晶體管。
24.如權利要求22所述的收發(fā)器，其中，流入NMOS晶體管的信號也流入PMOS晶體管。
25.如權利要求15所述的收發(fā)器，其中，振蕩模塊包括電感器-電容器儲能電路。
26.如權利要求25所述的收發(fā)器，其中，電感器-電容器儲能電路包括電感器和二極管。
27.如權利要求15所述的收發(fā)器，其中，耦合模塊使用正交壓控振蕩器的輸出信號來產(chǎn)生正交頻率。
全文摘要
正交壓控振蕩器包括振蕩模塊和耦合模塊，其中，振蕩模塊提供具有預定頻率的第一信號和第二信號，耦合模塊以如下方式將第一信號與第二信號結合第二信號具有相對于第一信號的正交相位差。
文檔編號H03B5/12GK1933322SQ200610153840
公開日2007年3月21日 申請日期2006年9月13日 優(yōu)先權日2005年9月14日
發(fā)明者柳載永, 金大基, 孫周浩 申請人:三星電子株式會社