專利名稱：Pll-頻率合成器中的電源噪聲抑制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及抑制頻率合成器中的噪聲。
技術(shù)背景基于鎖相環(huán)(PLL )的頻率合成器通常包括對(duì)噪聲敏感的模擬塊(例 如，環(huán)路濾波器和電壓控制振蕩器(VC0))和產(chǎn)生大量噪聲的數(shù)字塊 (例如除法器和相位頻率檢測(cè)器)。在數(shù)字和模擬塊之間的寄生耦合 和可能的電源導(dǎo)軌(supply rail )耦合可以使頻率合成器的相位噪聲 (即抖動(dòng))和亂真性能大大退化。當(dāng)幾個(gè)基于PLL的頻率合成器被集 成在相同的管芯上，共用相同的襯底并且也共用相同的全局電壓電源 時(shí)，所述問題可能是復(fù)合的。此外，大的并且相對(duì)有噪聲的數(shù)字芯可 以與芯片上頻率合成器共存。由此，對(duì)于頻率合成器而言，存在對(duì)改善噪聲管理的持續(xù)需要。發(fā)明內(nèi)容在本發(fā)明的實(shí)施例中，頻率合成器包括模擬部件和數(shù)字部件。頻 率合成器包括至少一個(gè)分路調(diào)節(jié)器(shunt regulator ),所迷分路調(diào) 節(jié)器被耦合到電源導(dǎo)軌(supply rail)以將功率提供給數(shù)字部件中的 至少一個(gè)。頻率合成器也包括至少一個(gè)串聯(lián)調(diào)節(jié)器，所述串聯(lián)調(diào)節(jié)器 被耦合到電源導(dǎo)軌以將功率提供給模擬部件中的至少 一個(gè)。在本發(fā)明的另 一個(gè)實(shí)施例中，無線系統(tǒng)包括無線接口和頻率合成 器。頻率合成器包括第一電荷泵和第二電荷泵。第二電荷泵以互補(bǔ)的 方式對(duì)第一電荷泵起作用以使響應(yīng)于第一電荷泵的操作而在電源導(dǎo)軌 上出現(xiàn)的電流波動(dòng)最小化。由以下的附圖、描述和權(quán)利要求，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和其它特征將變 得顯而易見。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的基于PLL的頻率合成器的方塊圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖1的合成器的串聯(lián)調(diào)節(jié)器的示意圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電荷泵的示意圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的頻率合成器的特定部件的制作布局圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于穩(wěn)定供給電流的電荷泵設(shè)置的 示意圖。圖6是描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的供頻率合成器的分頻器使用的 分路調(diào)節(jié)器的示意圖。圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的利用電流模式邏輯穩(wěn)定供給電 流的示意圖。圖8是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電壓控制振蕩器和所述振蕩器的輸出緩沖器的功率連接的示意圖。圖9是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的無線裝置的方塊圖。圖10和11是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的提供功率給鎖相環(huán)塊的結(jié)構(gòu)的圖。
具體實(shí)施方式
參考圖1,為了其使有噪聲的數(shù)字部件與頻率合成器10的其它模 擬部件去耦合，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的基于鎖相環(huán)(PLL)的頻率合成 器10使用電源分隔。如以下進(jìn)一步描述的，為了抑制噪聲傳播到頻率 合成器10的主信號(hào)射頻(RF)路徑，頻率合成器IO使用分路調(diào)節(jié)器、 串聯(lián)調(diào)節(jié)器和低通濾波器(LPF)的選擇性組合。關(guān)于頻率合成器10的整體結(jié)構(gòu)，合成器10包括為鎖相環(huán)(PLL) 11產(chǎn)生參考時(shí)鐘信號(hào)的參考時(shí)鐘發(fā)生器12。響應(yīng)于參考時(shí)鐘信號(hào)，PLL 11產(chǎn)生輸出信號(hào)，所述輸出信號(hào)具有與參考時(shí)鐘信號(hào)有關(guān)的預(yù)定頻率 和相位。例如，在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，PLL的輸出信號(hào)具有與參考 時(shí)鐘信號(hào)相同的相位以及為參考時(shí)鐘信號(hào)的倍數(shù)的頻率。在頻率合成 器是無線電調(diào)諧器的一部分的應(yīng)用中可以使用輸出與參考時(shí)鐘頻率的 才安比例縮》文(scaling )。PLL 11包括相位檢測(cè)器20、電荷泵28、環(huán)路濾波器34、電壓控 制振蕩器(VCO) 38和分頻器42。這些部件以下列方式一起工作。相位檢測(cè)器20產(chǎn)生表示頻率合成器10的PLL的輸出信號(hào)(作為反饋信 號(hào)出現(xiàn)在相位檢測(cè)器20的輸入端24)與參考時(shí)鐘信號(hào)之間的比較的信 號(hào)。由相位檢測(cè)器20提供的信號(hào)又控制電荷泵28,所述電荷泵28產(chǎn) 生通過環(huán)路濾波器34的信號(hào)。環(huán)路濾波器34產(chǎn)生控制VCO 38的頻率 的控制信號(hào)；并且由VCO 38產(chǎn)生的合成振蕩信號(hào)被分頻器42在頻率 上進(jìn)行縮放以在分頻器42的輸出端50產(chǎn)生PLL的輸出信號(hào)。當(dāng)頻率 合成器10已經(jīng)實(shí)現(xiàn)閉鎖時(shí)，輸出信號(hào)具有與參考時(shí)鐘信號(hào)相關(guān)的預(yù)定 相位和頻率。根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，參考時(shí)鐘發(fā)生器12包括參考振蕩器， 例如晶體振蕩器14,其產(chǎn)生正弦信號(hào)。所述正弦信號(hào)通過驅(qū)動(dòng)整形或 方波整形電路15的隔離緩沖器15，所述整形或方波整形電路15在相 位檢測(cè)器20的參考輸入端22形成合成的時(shí)鐘信號(hào)。因此，PLL的相位 檢測(cè)器20比較出現(xiàn)在輸入端22的參考時(shí)鐘信號(hào)和在相位檢測(cè)器20的 輸入端24接收的反饋信號(hào)。頻率合成器10的上述部件從模擬電源導(dǎo)軌46或數(shù)字電源導(dǎo)軌48 接收它們的功率。因此，頻率合成器10的數(shù)字部件，例如方波整形緩 沖器16、相位檢測(cè)器20、電荷泵28以及分頻器42,從數(shù)字電源導(dǎo)軌 48接收它們的功率；并且頻率合成器的模擬部件，例如振蕩器14、緩 沖器15、環(huán)路濾波器34和VCO 38，從模擬電源導(dǎo)軌46接收它們的功率。注意，根據(jù)本發(fā)明的其它實(shí)施例，圖1中描繪的雙電源導(dǎo)軌46和 48可以凈皮單電源導(dǎo)軌替代。因此，在此/>開的系統(tǒng)和方法可以同等地 應(yīng)用于單導(dǎo)軌以及雙導(dǎo)軌系統(tǒng)，以至于多種變化是可能的并且在所附權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。如圖1中所描述的，為了抑制可能傳播到頻率合成器10的特定模 擬或數(shù)字塊和/或從頻率合成器10的特定模擬或數(shù)字塊傳播的噪聲， 合成器IO具有用于每個(gè)部件的分開的功率調(diào)節(jié)塊。例如，如圖1中所 描述的，低通濾波器(LDP) 60耦合在模擬電源導(dǎo)軌46和振蕩器14 的電源輸入端之間，LPF 62耦合在;^莫擬電源導(dǎo)軌46和緩沖器14的電 源輸入端之間；以及LPF 74耦合在數(shù)字電源導(dǎo)軌48和電荷泵28的電 源輸入端之間。串聯(lián)調(diào)節(jié)器為頻率合成器10的其它模擬部件調(diào)節(jié)功率串聯(lián)調(diào)節(jié)器84耦合在模擬電源導(dǎo)軌46和環(huán)路濾波器34的電源輸入端之間；以 及串聯(lián)調(diào)節(jié)器8 6耦合在模擬電源導(dǎo)軌4 6和VC0 38的電源輸入端之間。 另外，分路調(diào)節(jié)器為頻率合成器IO的特定數(shù)字部件調(diào)節(jié)功率分 路調(diào)節(jié)器66耦合在數(shù)字電源導(dǎo)軌48和方波整形緩沖器16的電源輸入 端之間；分路調(diào)節(jié)器7 0耦合在數(shù)字電源導(dǎo)軌4 8和相位檢測(cè)器2 0之間； 以及分路調(diào)節(jié)器88耦合在數(shù)字電源導(dǎo)軌48和分頻器42的電源輸入端 之間。如圖l中所示，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，分路調(diào)節(jié)器70的輸 入端可以被耦合到根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的分路調(diào)節(jié)器88的輸出 端。選擇哪個(gè)特定的功率調(diào)節(jié)塊提供功率給哪個(gè)模擬/數(shù)字部件取決于由該模擬/數(shù)字部件執(zhí)行的特定功能。作為更具體的實(shí)例，根據(jù)噪聲和注入電源的亂真音調(diào)，環(huán)路濾波 器34是PLL 11的最靈敏的構(gòu)件塊之一。環(huán)路濾波器34為VCO 38產(chǎn) 生控制信號(hào)(即電壓或電流)。因此，在控制信號(hào)中出現(xiàn)的隨機(jī)噪聲 使合成器的邊帶噪聲性能退化，同時(shí)在控制信號(hào)中的亂真音調(diào)確定在 PLL的生成時(shí)鐘頻率周圍的亂真音調(diào)。根據(jù)電源噪聲和雜波(spur)注入，環(huán)路濾波器的最佳選擇是無 源濾波器。然而，無源結(jié)構(gòu)需要大的環(huán)路濾波器電容，所述大的環(huán)路 濾波器電容經(jīng)常不能被集成在芯片上。有源濾波器有助于減小電容的 尺寸，并且因此允許在芯片上集成電容。然而，有源濾波器可能需要 另外的電源線，所述另外的電源線使VCO控制信號(hào)暴露于電源噪聲和 雜波注入。為了防止噪聲從模擬電源導(dǎo)軌46傳播到環(huán)路濾波器34，使用串聯(lián) 調(diào)節(jié)器84給環(huán)路濾波器34供電。串聯(lián)調(diào)節(jié)器提供高的正向電源抑制 比(PSRR),其意味著串聯(lián)調(diào)節(jié)器84大大減弱出現(xiàn)在模擬電源導(dǎo)軌46 上的任何噪聲傳播到環(huán)路濾波器34。串聯(lián)調(diào)節(jié)器84的潛在的缺點(diǎn)是, 在模擬電源導(dǎo)軌46和環(huán)路濾波器34的電源輸入端之間可能存在稱為 "頂部空間(headroom)"的顯著電壓降。然而，正如以下進(jìn)一步描 述的，可以使用原生(native)晶體管裝置最小化但不是消除由串聯(lián) 調(diào)節(jié)器84另外強(qiáng)加的頂部空間。為了防止噪聲從模擬電源導(dǎo)軌46傳播到VCO 38的電源輸入端， 串聯(lián)調(diào)節(jié)器86提供功率給VCO 38。如圖1中所示，串聯(lián)調(diào)節(jié)器84和86位于形成在頻率合成器10中的隔開物(partition) 80的一側(cè)，其 在由電荷泵28驅(qū)動(dòng)的高阻抗輸出節(jié)點(diǎn)30附近再分頻率合成器10的模 擬部件。因此，在隔開物80的左側(cè)，為了分別提供功率給振蕩器12 和緩沖器14,使用LPF60和62過濾來自模擬電源導(dǎo)軌46的噪聲；并 且在隔開物80的右側(cè)串聯(lián)調(diào)節(jié)器84和86給環(huán)路濾波器34和VCO 38 供電。分路調(diào)節(jié)器66、 70、 88具有大的正向PSRR和大的反向PSRR。大 的正向PSRR意味著分路調(diào)節(jié)器大大減弱了噪聲從供電部件傳播回電源 導(dǎo)軌。 一般而言，分路調(diào)節(jié)器并不很適合大負(fù)載電流。因此，對(duì)大負(fù) 載電流而言，由所述分路調(diào)節(jié)器消耗的功率使供低功率應(yīng)用中使用的 分路調(diào)節(jié)器不合格?？傊?，對(duì)在高阻抗節(jié)點(diǎn)30上游(在隔離80的左方)的頻率合成 器10的模擬部件而言，使用LPF抑制來自模擬電源導(dǎo)軌46的噪聲。 然而，在高阻抗節(jié)點(diǎn)30下游(在隔離80的右側(cè))，使用串聯(lián)調(diào)節(jié)器 84和86為頻率合成器10的其它模擬部件提供功率。對(duì)于頻率合成器 10的相對(duì)有噪聲的數(shù)字開關(guān)部件而言，使用分路調(diào)節(jié)器提供功率給這 些部件。另外，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，使用LPF 74抑制可能另外 從數(shù)字電源導(dǎo)軌48傳播到電荷泵28的噪聲。參考圖2,根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，串聯(lián)調(diào)節(jié)器84、 86可以具 有結(jié)構(gòu)100。為了響應(yīng)于在模擬電源導(dǎo)軌146上接收的電源電壓(在圖 2中稱為"VDD")在輸出端116提供調(diào)節(jié)的輸出電壓(在圖2中稱為 "VRBe，，)，結(jié)構(gòu)100包括控制傳輸晶體管(pass transistor)例如n 溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(麗OSFET) 114的放大器112。 更具體地說，為了調(diào)節(jié)通過NMOSFET 114的漏極到源極路徑的電流傳 導(dǎo)，放大器112的輸出端提供信號(hào)給麗OSFET 114的柵極端。放大器 112響應(yīng)于參考電壓(在圖2中稱為"Vm，，)和V哪調(diào)節(jié)的輸出信號(hào)之 間的比較產(chǎn)生它的輸出信號(hào)。因此，響應(yīng)于超出調(diào)節(jié)范圍的V^輸出信 號(hào)，放大器112進(jìn)一步關(guān)斷麗0SFET114以降低V咖信號(hào)。相反地，為 了提高V咖輸出信號(hào)的電平，放大器112進(jìn)一步接通麗0SFET 114。如圖2中所描述的，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，有源RC濾波器140 可以耦合在模擬電源導(dǎo)軌46和麗OSFET 114的漏極端之間。有源濾波 器140進(jìn)一步抑制可能從電源導(dǎo)軌146傳播的噪聲。如圖2中所描述的，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，有源濾波器140包括麗0SFET 150。 NMOSFET 150的漏極端祐:耦合到電源導(dǎo)軌146,并且NMOSFET 150的源 極端被耦合到麗OSFET 114的漏極端。NMOSFET 150的柵極端被耦合 到電容器154的一端和電阻器152的一端。電阻器152和電容器154 的另一端分別被耦合到電源導(dǎo)軌146和地。也如圖2中所述，串聯(lián)調(diào)節(jié)器可以包括泄放電流源(bleed current source) 120,所述泄;改電流源120通過NMOSFET 114和150的漏才及到 源極路徑建立偏置電流；并且串聯(lián)調(diào)節(jié)器100也可以包括耦合在輸出 端116和地之間的電容器122。根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，NMOSFET 114和150可以是具有零或接 近零的閾值電壓的原生(即沒有閾值調(diào)整注入)裝置。對(duì)有源濾波器 14 0而言提供電源噪聲衰減的條件是NMOSFET 114和15 0保持在飽和狀 態(tài)。因?yàn)镹MOSFET 114和150的有效閾值電壓由于體效應(yīng)而至少為零 保證了所述條件?？商鎿Q地，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，有源濾波器140的電阻器 152可以被電流源替換；或可替換地，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，電流 源可以被連接在NMOSFET 150的柵極端和地之間。參考圖3,根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，可以將一個(gè)或多個(gè)LPF并入 電荷泵26。在描述的實(shí)施例中，電荷泵26是包括開關(guān)198的差動(dòng)電荷 泵，所述開關(guān)198根據(jù)參考和反饋時(shí)鐘信號(hào)之間的相位差在參考頻率 處接通和斷開。在差動(dòng)輸出端200和201處產(chǎn)生合成的差動(dòng)電流，其 產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)VCO 38 (見圖1)的控制電壓。由于電荷泵28中的開關(guān)動(dòng)作，電荷泵28能夠在參考頻率和出現(xiàn) 在電荷泵160中的任何高頻音調(diào)之間引起混合效應(yīng)。該混合可以將高 頻亂真音調(diào)降頻變換成PLL帶寬，其中合成器10具有很小的或不具有 抑制能力。曾經(jīng)在低頻被降頻轉(zhuǎn)換并且耦合到電荷泵28的輸出的低頻 雜波控制VCO 38 (見圖1)并且導(dǎo)致在輸出的合成時(shí)鐘頻率周圍的相 應(yīng)雜波。存在兩個(gè)可以將高頻雜波混合到電荷泵160的輸出的主要機(jī)構(gòu)。 第一個(gè)機(jī)構(gòu)包括出現(xiàn)在電荷泵160的偏置電流上的高頻音調(diào)。這些音 調(diào)可以直接經(jīng)受由電荷泵開關(guān)198實(shí)現(xiàn)的混合處理。為使所述影響最 小化，低拐角頻率無源RC濾波器174被耦合到電荷泵160的電流鏡偏置網(wǎng)絡(luò)170?？梢允褂靡粋€(gè)或多個(gè)其它濾波器接著在更高頻率處過濾來 自電荷泵160的信號(hào)以獲得期望的滾降(roll off)特性。如圖3中所描述的，電流偏置網(wǎng)絡(luò)170可以包括例如耦合在電源 輸入端170 (被耦合到LPE 74 (見圖1)的輸出端)和LPE 74之間的 電流源176。形成電流鏡的麗0SFET 178和180可以被耦合到LPE 174。 具體地說，NMOSFET 178的柵極和漏才及端可以:坡耦合到LPE 174,并且 NMOSFET 178的源極端可以被耦合到地。鏡面反射NMOSFET 180可以 具有它的耦合到NMOSFET 178的柵極端的柵極端以便在NMOSFET 180 的漏極到源極路徑中的電流是來自電流源176的電流的按比例縮放的 型式。P溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(PMOSFET) 181具有它 的與NMOSFET 180的漏極到源相J洛徑串聯(lián)耦合的源才及到漏極路徑。 PMOSFET 181的柵極端驅(qū)動(dòng)電荷泵160的PMOSFET 190輸出晶體管， 并且NMOSFET 18 0的柵極端提供偏置電壓給NMOSFET 192,所述NMOSFET 192形成電荷泵28的另一個(gè)輸出晶體管。因此，如圖3中所描述的，LPE 174可以被放置為與來自電流源 176的偏置電流串聯(lián)以確保另外過濾高頻噪聲和高頻亂真音調(diào)。為使由 濾波電阻器產(chǎn)生的熱噪聲的噪聲影響最小，可以使用相對(duì)大的濾波電六谷喬。也如圖3中所描述的，LPE 184和186,皮分別耦合到PMOSFET 190 和NMOSFET 192的柵極端之間以進(jìn)一步過濾偏置電壓。LPE 184和186 也有助于抑制輸入裝置180和181的固有噪聲，使它們對(duì)電荷泵輸出 噪聲電流的影響最小化?？梢栽陔姾杀?8的輸出混合高頻雜波的第二機(jī)構(gòu)是出現(xiàn)在電荷泵 160的電源輸入端170的隨機(jī)噪聲和雜波。為抗擊該噪聲，利用在此描 述的方法使出現(xiàn)的高頻亂真音調(diào)的數(shù)量最小化。在大多數(shù)工藝中，原生裝置僅可以被直接實(shí)現(xiàn)在管芯的全局襯底 中，并且因而不能被放置在隔離阱中。因此可能存在通過gmb跨導(dǎo)從 全局襯底耦合到特定原生裝置的源極的寄生噪聲。因此，參考圖4，根 據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，利用n阱保護(hù)環(huán)來防止噪聲耦合。如圖4中 所描述的，n阱保護(hù)環(huán)244可以位于頻率合成器10的包含原生裝置的 特定部件周圍。例如，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，VCO 38、串聯(lián)調(diào)節(jié) 器84、串聯(lián)調(diào)節(jié)器86和環(huán)路濾波器34可以全都位于n阱保護(hù)環(huán)244之內(nèi)。另外，設(shè)置在n阱環(huán)下面的深n阱保護(hù)環(huán)增加噪聲壁壘的高度， 由此進(jìn)一步減少耦合的噪聲。此外，低摻雜的原生環(huán)有助于進(jìn)一步減 少耦合到靈敏塊的噪聲。另外，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，深n阱可以用來保護(hù)場(chǎng)效應(yīng)裝 置不受耦合的噪聲的影響。參考圖5,根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，電荷泵28可以是單端的而 不是基于差動(dòng)的。在這點(diǎn)上，圖5描述兩個(gè)通常共用公共結(jié)構(gòu)280的 電荷泵280,和2802。結(jié)構(gòu)280包括具有兩個(gè)電流源282和291的單端 電荷泵280。開關(guān)284位于電流源282和輸出端286之間；并且開關(guān) 288 一皮耦合在輸出端286和電流源290之間。單端電荷泵提出了一個(gè)挑戰(zhàn)，因?yàn)殡姾杀玫牟僮鳟a(chǎn)生可以傳播到 數(shù)字電源導(dǎo)軌48 (見圖1)的供電電流脈沖。注意，電流源290和282 都^皮耦合到電源輸入端170,雖然在圖5中僅描述了源290和282的相 關(guān)電流路徑。因此，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，單端電荷泵280d皮用 來產(chǎn)生用于環(huán)路濾波器34的控制信號(hào)；并且為了使電源導(dǎo)軌251上另 外產(chǎn)生的電流脈沖最小，另一個(gè)單端電荷泵2802相對(duì)于電荷泵280,以 互補(bǔ)(complimentary)的方式用作"偽，，電荷泵。因此，例如，當(dāng)電 荷泵280j皮用來提高它的輸出端上的電壓時(shí)，電荷泵2802以互補(bǔ)的方 式起作用。該互補(bǔ)動(dòng)作基本上消除了在供電電流中另外出現(xiàn)的任何脈 沖。因此，從供電觀察，由電荷泵28(^和2802抽取的共同電流 (collective current )保持恒定。圖6描述根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的分路調(diào)節(jié)器88 (見圖1)的 實(shí)施例。分路調(diào)節(jié)器88被描述為提供功率給分頻器42的電源輸入端 381。分頻器42是其功率消耗取決于過程拐角的數(shù)字電路的實(shí)例。在 這點(diǎn)上，對(duì)于相對(duì)較慢的過程而言，分頻器42從分路調(diào)節(jié)器88抽取 更多的電流；并且對(duì)于相對(duì)更快的過程而言，分頻器42從分路調(diào)節(jié)器 88抽取較少的電流。分路調(diào)節(jié)器88包括電流源368,所述電流源368的尺寸被制作成 提供比分頻器42所需要的最大電流更大的電流。如果電流源368的尺 寸被做到適于最慢的過程(即從分頻器42抽取最大可能的電流)，則 對(duì)于較快的過程而言功率將會(huì)被浪費(fèi)。因此，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施 例，電流源368具有響應(yīng)于過程拐角被調(diào)節(jié)的電流水平。更具體地說，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，分路調(diào)節(jié)器88的數(shù)字模 擬轉(zhuǎn)換器(DAC) 370接收過程的數(shù)字表示并且提供相應(yīng)的模擬信號(hào)來 控制由電流源368提供的電流的水平。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，DAC 370可以接收VCO 38的偏置電流的數(shù)字表示，其可以用作過程指示。 因此，更高的VCO偏置電流可以表示更慢的過程并且使DAC 370提供 使電流源368提供相對(duì)較高的輸出電流的數(shù)字信號(hào)；并且相反地，更 低的VCO偏置電流可以表示更快的過程并且使DAC 370提供使電流源 368提供相對(duì)較低的輸出電流的數(shù)字信號(hào)。為了調(diào)節(jié)來自分頻器42的供電輸入端381的電流以調(diào)節(jié)分路調(diào)節(jié) 器輸出端381的電源電壓，分路調(diào)節(jié)器88包括分路裝置，例如NMOSFET 380。如圖6中所示，麗0SFET 380的漏極到源極路徑被耦合到供電輸 入端381和地之間。因此，為了降低供電輸入端381上的電壓，NMOSFET 380傳導(dǎo)更多的電流；并且相反地，為了提高供電輸入端381的電壓， NMOSFET 380傳導(dǎo)更少的電流。如圖6中所描述的，濾波電容器384 可以被耦合在輸出端381和地之間。通過參考電壓(在圖6中稱為"VREF，，)調(diào)節(jié)輸出端381的電壓， 其是偏置電路350的一部分。偏置電路350包括;故耦合在數(shù)字電源導(dǎo) 軌48和NMOSFET 354的漏4及端之間的電流源352。 NMOSFET 354的漏 極端也接收V匿參考電壓。麗0SFET 354的源極端被耦合到電流源356 的一端，并且電流源356的另一端凈皮耦合到地。電流源352和356提 供流過NMOSFET 354的漏極到源極路徑的電流。電流源360凈皮耦合在 NMOSFET 364的源極端和地之間，并且NMOSFET 354和364的柵極端 被耦合在一起。NMOSFET 364的漏極端被耦合到輸入供電端381并且也 凈皮耦合到電流源368。使分頻器42的脈沖供電電流最小的另 一種方式是使用差動(dòng)電流模 式邏輯(CML)而不是標(biāo)準(zhǔn)單端互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)邏輯。 CML邏輯的優(yōu)點(diǎn)是偽恒定的供電電流和至降低的電壓的更快的速度以 及在信號(hào)節(jié)點(diǎn)的更低的阻抗。缺點(diǎn)是CML邏輯需要更大的DC功耗。因此，參考圖7,可以在本發(fā)明的一些實(shí)施例中使用混合分頻器結(jié) 構(gòu)500。按照混合結(jié)構(gòu)500,為了速度的目的在分頻器的前端使用CML電 路502,而為了節(jié)省功率以標(biāo)準(zhǔn)CMOS實(shí)現(xiàn)分頻器的后端520。 CML到 CMOS級(jí)510 (包括CML到CMOS轉(zhuǎn)換器512 )被放置在分頻器500的前端502和后端520之間。根據(jù)電源噪聲抑制，所述塊是最靈敏的塊。作為更具體的實(shí)例，前端502可以包括雙模數(shù)分頻器500;并且后 端520可以包括被耦合到分頻器500的端子計(jì)數(shù)器524的模數(shù)計(jì)數(shù)器 528。參考圖8,根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，用于VCO 38的輸出緩沖器 600可以被耦合以從串聯(lián)調(diào)節(jié)器86接收相同的電源電壓。因此，輸出 緩沖器600和VCO 38被耦合到相同的電源。由輸出緩沖器600引起的 大電流尖脈沖與由VCO 38生成的時(shí)鐘信號(hào)完全同步，并且因而這些電 流尖脈沖不會(huì)影響VCO 38的相位噪聲或亂真性能。參考圖9,根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，頻率合成器10可以是無線 系統(tǒng)800的一部分。例如，無線系統(tǒng)800可以是便攜式無線裝置，例 如移動(dòng)電話、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、或便攜式計(jì)算機(jī)，這僅僅是幾個(gè) 實(shí)例。注意，在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，無線系統(tǒng)800可以是更不便 攜的裝置，例如臺(tái)式計(jì)算機(jī)。因此，多種變化是可以的并且都在所附 權(quán)利要求的范圍內(nèi)。無線系統(tǒng)800包括例如可以包括從天線802接收RF信號(hào)的低噪聲 放大器(LNA) 804的收發(fā)器、無線電收發(fā)裝置810、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器 (ADC) 814、基帶處理器816和數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(DAC) 820、以及頻 率合成器10。根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，所有這些部件全部都可以被 制作在單個(gè)管芯上并且可以是相同半導(dǎo)體封裝的一部分。在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，上述部件可以被制作在單個(gè)半導(dǎo)體封裝的分開的管芯 上。在本發(fā)明的另外的實(shí)施例中，上述部件可以是分開的半導(dǎo)體封裝 的一部分。因此，多種變化是可以的并且都在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。LNA 804從天線802接收RF信號(hào)并且將放大型式的輸入的RF信號(hào) 提供給無線電收發(fā)裝置810。為了將輸入的RF信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)檩^低的基帶 頻率，無線電收發(fā)裝置810從頻率合成器IO接收一個(gè)或多個(gè)混合信號(hào)。 合成的信號(hào)被提供給ADC 814, ADC 814響應(yīng)于其產(chǎn)生基帶信號(hào)。基帶 處理器816可以例如解調(diào)由ADC 814提供的信號(hào)并且將合成的解調(diào)信 號(hào)提供給DAC 820。 DAC 820又可以為揚(yáng)聲器824和828提供音頻信號(hào)。參考圖10,根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，結(jié)構(gòu)850可以被用來提供 功率給PLL塊860，諸如環(huán)路濾波器(例如)。PLL塊860可能需要 高的PSRR和接近出現(xiàn)在供電線854上的電源電壓的供電電壓。單個(gè)調(diào)節(jié)器例如圖10中描述的調(diào)節(jié)器858可以不消耗#:多頂部空間但是不能 獨(dú)自提供足夠的PSRR。盡管可以級(jí)聯(lián)另一個(gè)調(diào)節(jié)器到調(diào)節(jié)器858來增 加總的PSRR，但是增加第二調(diào)節(jié)器可能消耗太多的頂部空間使得提供 給PLL塊860的供電電壓太低。為了實(shí)現(xiàn)高PSRR和低的頂部空間，所述結(jié)構(gòu)包括濾波器856 (例 如使用原生裝置的有源濾波器)以增加PSRR。如圖10中所描述的，濾 波器856可以被耦合在供電線854和調(diào)節(jié)器858之間；并且調(diào)節(jié)器858 可以被耦合到PLL塊860。參考圖11,根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，結(jié)構(gòu)950可以被用來提供 功率給PLL塊960，諸如參考振蕩器(例如)。PLL塊960可能需要 高的PSRR和來自它的供電電壓源的低輸出噪聲。然而，可能難以由單 個(gè)調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)這些特性，因?yàn)榫哂懈逷SRR的調(diào)節(jié)器通常產(chǎn)生具有相對(duì) 大的噪聲的輸出電壓。為克服這些限制，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，結(jié)構(gòu)950使用兩個(gè) 級(jí)聯(lián)的調(diào)節(jié)器具有相對(duì)寬的帶寬和高PSRR的調(diào)節(jié)器956;以及具有 相對(duì)窄的帶寬和低輸出噪聲的調(diào)節(jié)器958。如圖11中所描述的，調(diào)節(jié) 器956可以被耦合到供電線954,并且調(diào)節(jié)器958可以被耦合在調(diào)節(jié)器 956和PLL塊960之間。作為結(jié)構(gòu)950的結(jié)果，高PSRR和^f氐噪聲電源 提供功率給PLL塊960。雖然相對(duì)于有限數(shù)目的實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是從本公開受益 的本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到其多種修改和變化。所附權(quán)利要求旨在覆蓋所有落入本發(fā)明的真正精神和范圍之內(nèi)的修改和變型。
權(quán)利要求
1.一種頻率合成器，包括模擬部件；數(shù)字部件；至少一個(gè)分路調(diào)節(jié)器，所述至少一個(gè)分路調(diào)節(jié)器被耦合到電源導(dǎo)軌以提供功率給數(shù)字部件中的至少一個(gè)；以及至少一個(gè)串聯(lián)調(diào)節(jié)器，所述至少一個(gè)串聯(lián)調(diào)節(jié)器被耦合到電源導(dǎo)軌以提供功率給模擬部件中的至少一個(gè)。
2. 如權(quán)利要求1所述的頻率合成器， 包括分頻器。
3. 如權(quán)利要求1所述的頻率合成器， 包括相位檢測(cè)器。
4. 如權(quán)利要求1所述的頻率合成器，包括電壓控制振蕩器。
5. 如權(quán)利要求1所述的頻率合成器， 包括參考振蕩器。
6. 如權(quán)利要求1所述的頻率合成器， 包括整形電路。
7. 如權(quán)利要求1所述的頻率合成器， 器、整形電路和電壓控制振蕩器；數(shù)字部件包括相位檢測(cè)器和分頻器；并且參考振蕩器、整形電路和電壓控制振蕩器中的每一個(gè)從分路調(diào)節(jié) 器中的不同的分路調(diào)節(jié)器接收功率；以及相位檢測(cè)器和分頻器中的每一個(gè)從串聯(lián)調(diào)節(jié)器中的不同的串聯(lián)調(diào) 節(jié)器接收功率。
8. 如權(quán)利要求1所述的頻率合成器，進(jìn)一步包括 被耦合到所述至少 一個(gè)分路調(diào)節(jié)器中的至少一個(gè)的有源濾波器。
9. 如權(quán)利要求1所述的頻率合成器，其中所述至少一個(gè)分路調(diào)節(jié) 器中的至少一個(gè)包括原生晶體管。
10. 如權(quán)利要求1所述的頻率合成器，其中所述至少一個(gè)串聯(lián)調(diào) 節(jié)器中的至少一個(gè)包括原生晶體管。
11. 如權(quán)利要求1所述的頻率合成器，進(jìn)一步包括其中所述至少一個(gè)數(shù)字部件 其中所述至少一個(gè)數(shù)字部件 其中模擬部件中的至少一個(gè) 其中模擬部件中的至少一個(gè) 其中模擬部件中的至少一個(gè) 其中模擬部件包括參考振蕩第一電荷泵；以及第二電荷泵，所述第二電荷泵相對(duì)于第一電荷泵以互補(bǔ)的方式工 作以使由于第一電荷泵的操作導(dǎo)致的電源導(dǎo)軌上的電流波動(dòng)最小化。
12. 如權(quán)利要求11所述的頻率合成器，其中第一電荷泵和笫二電 荷泵包括單端電荷泵。
13. —種無線系統(tǒng)，包括 無線接口；以及頻率合成器，所述頻率合成器包括 模擬部件；數(shù)字部件；至少 一個(gè)分路調(diào)節(jié)器，所述至少 一個(gè)分路調(diào)節(jié)器被耦合到電源導(dǎo) 軌以提供功率給數(shù)字部件中的至少一個(gè)；以及至少一個(gè)串聯(lián)調(diào)節(jié)器，所述至少一個(gè)串聯(lián)調(diào)節(jié)器被耦合到電源導(dǎo) 軌以提供功率給模擬部件中的至少一個(gè)。
14. 如權(quán)利要求13所述的無線系統(tǒng)，其中模擬部件包括參考振蕩 器、整形電路和電壓控制振蕩器；數(shù)字部件包括相位檢測(cè)器和分頻器；并且參考振蕩器、整形電路和電壓控制振蕩器中的每一個(gè)從分路調(diào)節(jié) 器中的不同的分路調(diào)節(jié)器接收功率；以及相位檢測(cè)器和分頻器中的每一個(gè)從串聯(lián)調(diào)節(jié)器中的不同的串聯(lián)調(diào) 節(jié)器接收功率。
15. —種方法，包括提供包括模擬部件和數(shù)字部件的頻率合成器； 提供至少一個(gè)分路調(diào)節(jié)器以提供功率給數(shù)字部件中的至少一個(gè)；以及提供至少一個(gè)串聯(lián)調(diào)節(jié)器以提供功率給數(shù)字部件中的至少一個(gè)。
16. 如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述至少一個(gè)數(shù)字部件包括 分頻器。
17. 如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述至少一個(gè)數(shù)字部件包括 相位檢測(cè)器。
18. 如權(quán)利要求15所述的方法，其中模擬部件中的至少一個(gè)包括 電壓控制振蕩器。
19. 如權(quán)利要求15所述的方法，其中模擬部件中的至少一個(gè)包括 參考振蕩器。
20. 如權(quán)利要求15所述的方法，其中模擬部件中的至少一個(gè)包括 整形電路。
全文摘要
一種頻率合成器包括模擬部件和數(shù)字部件。該頻率合成器包括至少一個(gè)分路調(diào)節(jié)器，所述至少一個(gè)分路調(diào)節(jié)器被耦合到電源導(dǎo)軌以提供功率給數(shù)字部件中的至少一個(gè)。該頻率合成器也包括至少一個(gè)串聯(lián)調(diào)節(jié)器，所述至少一個(gè)串聯(lián)調(diào)節(jié)器被耦合到電源導(dǎo)軌以提供功率給模擬部件中的至少一個(gè)。
文檔編號(hào)H03L7/16GK101278483SQ200680036011
公開日2008年10月1日 申請(qǐng)日期2006年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月30日
發(fā)明者A·馬克西姆, J·考 申請(qǐng)人:硅實(shí)驗(yàn)室公司