專(zhuān)利名稱(chēng)：振蕩器和使用了它的信息設(shè)備、壓控振蕩器和使用了它的信息設(shè)備的制作方法
振蕩器和使用了它的信息設(shè)備、壓控振蕩器和使用了它的信息設(shè)備
本申請(qǐng)是申請(qǐng)?zhí)枮椤?00610144470.0”，申請(qǐng)日為“2006年11月8日”，發(fā)明名稱(chēng)為“振蕩器和使用了它的信息設(shè)備、壓控振蕩器和使用了它的信息設(shè)備”的發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)的分 案申請(qǐng)。技術(shù)領(lǐng)域
<第1技術(shù)的技術(shù)領(lǐng)域>
本發(fā)明涉及諧振電路、使用了該諧振電路的振蕩器、以及使用了該振蕩器的信息 設(shè)備，尤其涉及使用基于電感器(inductor)和電容的諧振動(dòng)作的LC諧振電路，作為使用了 該LC諧振電路的振蕩器的、由電壓控制振蕩頻率的壓控振蕩器，以及包括使用了該壓控振 蕩器的無(wú)線通信裝置、信息通信裝置、和存儲(chǔ)裝置等在內(nèi)的信息設(shè)備。
<第2技術(shù)的技術(shù)領(lǐng)域>
本發(fā)明涉及適用于用來(lái)在低電流下寬頻帶中獲得低相位噪聲特性的壓控振蕩器 的結(jié)構(gòu)，和使用了這種結(jié)構(gòu)的信息設(shè)備的有效技術(shù)。
背景技術(shù)：
<第1技術(shù)的背景技術(shù)>
在無(wú)線通信裝置、存儲(chǔ)裝置等信息設(shè)備中，振蕩頻率可變的振蕩器是不可或缺的 電路。隨著信息設(shè)備的進(jìn)步，最近已經(jīng)在使用振蕩頻率達(dá)到GHz左右的振蕩器。在使用包 括電感器L和電容C的LC諧振器來(lái)構(gòu)成振蕩器的情況下，在象這樣的高頻中，電感器、電容 的值變小，因此，能夠容易地和晶體管一起集成化地形成在半導(dǎo)體襯底上。在這種情況下， 作為電感器，使用將細(xì)的線路形成四角形、圓形或螺旋形的結(jié)構(gòu)等；作為電容，使用Pn結(jié)電 容(二極管電容)、MOS(Metal Oxide Transitor)晶體管的柵極-源極·漏極間電容(以 下稱(chēng)作“M0S”電容)、在半導(dǎo)體器件中的金屬層間形成的MIM(Metal InsulatorMetal)電容 等。關(guān)于MOS電容的結(jié)構(gòu)和動(dòng)作，例如在非專(zhuān)利文獻(xiàn)1中進(jìn)行了公開(kāi)。
頻率的可變，一般通過(guò)使施加于二極管電容、MOS電容的控制電壓發(fā)生變化，或 者切換多個(gè)MIM電容的連接等來(lái)進(jìn)行，而為了獲得較大的頻率可變范圍，還進(jìn)一步使電感 (inductance)發(fā)生變化。
在專(zhuān)利文獻(xiàn)1中，公開(kāi)了一種使用了 LC諧振電路的壓控振蕩器，該LC諧振電路包 括作為可變電容電路組的第1可變電容電路和第2可變電容電路的并聯(lián)電路，其中，該第1 可變電容電路具有電容值根據(jù)頻率控制信號(hào)的電壓值而連續(xù)發(fā)生變化的電容元件；該第2 可變電容電路與開(kāi)關(guān)電路串聯(lián)連接，具有電容值根據(jù)頻率控制信號(hào)的電壓值而連續(xù)發(fā)生變 化的電容元件，該LC諧振電路能夠通過(guò)對(duì)由電容選擇信號(hào)所控制的上述開(kāi)關(guān)進(jìn)行接通斷 開(kāi)來(lái)調(diào)整可變電容諧振。按照專(zhuān)利文獻(xiàn)1，能夠調(diào)整固定電容成分與可變電容成分的關(guān)系， 因此，能夠抑制在振蕩器的高振蕩頻帶和低振蕩頻帶下的頻率轉(zhuǎn)換增益(KV)的變動(dòng)。
〈第2技術(shù)的背景技術(shù)〉
例如，在無(wú)線通信裝置、存儲(chǔ)裝置等信息設(shè)備中，振蕩頻率可變的振蕩器是不可或 缺的電路。隨著信息設(shè)備的進(jìn)步，最近已經(jīng)在使用振蕩頻率達(dá)到GHz左右的振蕩器。在使 用包括電感器L和電容C的LC諧振器來(lái)構(gòu)成振蕩器的情況下，在象這樣的高頻中，電感器、 電容的值變小，因此，能夠容易地和晶體管一起集成化地形成在半導(dǎo)體襯底上。在這種情況 下，作為電感器，使用將細(xì)的線路形成四角形、圓形或螺旋形的結(jié)構(gòu)等；作為電容，使用Pn 結(jié)電容(二極管電容)、M0S(Metal Oxide Transitor)晶體管的的柵極-源極 漏極間電容 (以下稱(chēng)作“M0S”電容)、在半導(dǎo)體器件中的金屬層間形成的MIM(Metallnsulator Metal) 電容等。
頻率的可變，一般通過(guò)使施加于二極管電容、MOS電容的控制電壓發(fā)生變化， 或者切換多個(gè)MIM電容的連接等來(lái)進(jìn)行。在近年的無(wú)線通信系統(tǒng)用的RF-IC(Radic) Frequency-Integrated Circuit)中，要求支持2種以上標(biāo)準(zhǔn)的多模式適應(yīng)性、多頻帶適應(yīng) 性。這些標(biāo)準(zhǔn)通常使用了不同的載波頻率，因此，對(duì)于供給載波的振蕩器，要求具有寬頻率 可變范圍。為了實(shí)現(xiàn)寬頻率可變范圍，例如，使用非專(zhuān)利文獻(xiàn)2所公開(kāi)的采用了電容組的振 蕩器、非專(zhuān)利文獻(xiàn)2所公開(kāi)的用開(kāi)關(guān)切換電感的振蕩器等。
進(jìn)而，對(duì)于在無(wú)線通信系統(tǒng)用RFIC中使用的振蕩器，不僅要求寬頻率可變范圍， 而且，為了獲得良好的EVM(Error VectorMagnitude)特性而要求低相位噪聲特性，在面向 移動(dòng)通信時(shí)由于要求低功率工作，因此還需要使其在低電流下工作。為了在低電流下獲得 低相位噪聲特性，就需要增大由諧振電路和負(fù)電導(dǎo)生成電路構(gòu)成的振蕩器的負(fù)電導(dǎo)生成電 路的增益，例如，使用非專(zhuān)利文獻(xiàn)3所公開(kāi)的CMOS振蕩器、BiPMOS振蕩器等。
專(zhuān)利文獻(xiàn)1日本特開(kāi)2004-15387號(hào)公報(bào)
非專(zhuān)利文獻(xiàn)12000年牛津大學(xué)出版社(Oxford UniversityI^ress)發(fā)行， Sima · Dimitrijev 著"半導(dǎo)體器件基石出(understandingsemiconductor devices) ”第 58 頁(yè) 第66頁(yè)。
非專(zhuān)利文獻(xiàn)Zhenbiao Li and Kenneth K. 0, "Alow-phase-noiseand low-power multiband COMS voltage-controlled oscillator, "IEEEJournal of Solid-State Circuits, Vol. 40(6)，pp.1296—1302，June,2005.
非專(zhuān)利文獻(xiàn) 3Nobuyuki Itoh，Shin-ichiro Ishizuka, and KazuhiroKatoh, “Integrated LC-tunde VCO in BiCMOS process,，，Proceedings ofthe 27th European Solid-State Circuits Conference, 2001, pp. 329-332發(fā)明內(nèi)容
<第1技術(shù)的發(fā)明所要解決的課題>
以下，參照


使用了 LC諧振器的以往的振蕩器的例子和課題。
圖45是表示一般的差動(dòng)LC諧振式壓控振蕩器的一例的電路圖。差動(dòng)LC諧振式 壓控振蕩器，包括LC諧振電路10和負(fù)電導(dǎo)生成電路1。LC諧振器10，包括電感器L11、 L12 ；作為使振蕩頻率連續(xù)地發(fā)生變化的微調(diào)電容的電容值可變的二極管電容CV1、CV2 ；具 有作為使振蕩頻率臺(tái)階狀地發(fā)生變化的補(bǔ)償電容(trimming capacitor)使用的MOS電容 CMlll CM11N、CM121 CM12N的電容組CM;以及由未圖示的布線等引起的寄生電容。另 外，在圖45中，MOS電容的柵極被輸入到端子VB2的固定的偏壓所偏置，其源極 漏極由賦予給端子VTRMll VTRMlN的控制電壓所控制。
這種差動(dòng)LC諧振式壓控振蕩器的振蕩頻率fQse，由LC諧振電路的諧振頻率fRES 確定，使用電感器Lll、L12的電感L ； 二極管電容CV1、CV2的可變電容值Cv ；MOS電容 CMlll CM11N、CM121 CM12N的補(bǔ)償用的電容值Cm ；以及布線寄生電容的電容值CP，表示 為以下的算式(1)。
權(quán)利要求
1.一種壓控振蕩器，其特征在于 包括增益生成電路，生成進(jìn)行振蕩所需要的增益； 諧振電路，能夠根據(jù)第1頻率控制信號(hào)組，使諧振頻率發(fā)生變化， 上述增益生成電路，包括負(fù)電導(dǎo)生成電路，生成作為對(duì)交流電壓的負(fù)電流增益的負(fù)電導(dǎo)； K個(gè)端子，用于根據(jù)負(fù)電導(dǎo)控制信號(hào)組來(lái)控制上述生成的負(fù)電導(dǎo)，其中K為正整數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求21所述的壓控振蕩器，其特征在于 上述第1頻率控制信號(hào)組，包括第2頻率控制信號(hào)組，用于使上述諧振電路的諧振頻率連續(xù)地發(fā)生變化； 第3頻率控制信號(hào)組，用于使上述諧振電路的諧振頻率梯段地發(fā)生變化。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的壓控振蕩器，其特征在于 上述諧振電路，為由電感器和電容構(gòu)成的LC諧振電路，根據(jù)上述第2頻率控制信號(hào)組，使上述電感器的電感、上述電容的電容值、或者上述兩 者連續(xù)地發(fā)生變化；根據(jù)上述第3頻率控制信號(hào)組，使上述電感器的電感、上述電容的電容值、或者上述兩 者梯段地發(fā)生變化。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的壓控振蕩器，其特征在于輸入到上述負(fù)電導(dǎo)控制信號(hào)組的控制信號(hào)，為通過(guò)了被輸入上述第3頻率控制信號(hào)組 的一部分或者全部的信號(hào)處理電路的控制信號(hào)；上述控制信號(hào)，依照頻率的階段性的變化來(lái)控制上述負(fù)電導(dǎo)生成電路生成的負(fù)電導(dǎo)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的壓控振蕩器，其特征在于 上述負(fù)電導(dǎo)生成電路，包括第1負(fù)電導(dǎo)生成部，具有第1PM0S晶體管和第2PM0S晶體管； 第2負(fù)電導(dǎo)生成部，具有第INPN晶體管和第2NPN晶體管；以及 電流源電路，上述第1PM0S晶體管和上述第2PM0S晶體管，其源極電極被共用并與第1電壓端子連接，上述第1PM0S晶體管的漏極電極與上述第2PM0S晶體管的柵極電極連接， 上述第2PM0S晶體管的漏極電極與上述第1PM0S晶體管的柵極電極連接， 上述第INPN晶體管和上述第2NPN晶體管的射極電極被共用，且該射極電極經(jīng)由上述 電流源電路與第2電壓端子連接，上述第INPN晶體管的集電極電極，經(jīng)由第1電容耦合用電容與上述第2NPN晶體管的 基極電極連接，上述第2NPN晶體管的集電極電極，經(jīng)由第2電容耦合用電容與上述第INPN晶體管的 基極電極連接，上述第1PM0S晶體管的漏極電極，與上述第INPN晶體管的集電極電極連接，并且與上 述諧振電路的第1電極連接，上述第2PM0S晶體管的漏極電極，與上述第2NPN晶體管的集電極電極連接，并且與上述諧振電路的第2電極連接，通過(guò)輸入到上述負(fù)電導(dǎo)控制信號(hào)組的控制信號(hào)，控制上述第1負(fù)電導(dǎo)生成部生成的負(fù) 電導(dǎo)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的壓控振蕩器，其特征在于 上述第1負(fù)電導(dǎo)生成部，K個(gè)第1負(fù)電導(dǎo)控制用PMOS晶體管連接在上述第1PM0S晶體管的漏極電極與源極電極 之間，其中K為正整數(shù)，第1開(kāi)關(guān)連接在上述K個(gè)第1負(fù)電導(dǎo)控制用PMOS晶體管的柵極電極與漏極電極之間， 第2開(kāi)關(guān)連接在上述K個(gè)第1負(fù)電導(dǎo)控制用PMOS晶體管的柵極電極與源極電極之間，K個(gè)第2負(fù)電導(dǎo)控制用PMOS晶體管連接在上述第2PM0S晶體管的漏極電極與源極電極 之間，其中K為正整數(shù)，第3開(kāi)關(guān)連接在上述K個(gè)第2負(fù)電導(dǎo)控制用PMOS晶體管的柵極電極與漏極電極之間， 第4開(kāi)關(guān)連接在上述K個(gè)第2負(fù)電導(dǎo)控制用PMOS晶體管的柵極電極與源極電極之間， 上述第1至第4開(kāi)關(guān)根據(jù)上述負(fù)電導(dǎo)控制信號(hào)組進(jìn)行開(kāi)和關(guān)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的壓控振蕩器，其特征在于 上述第1至第4開(kāi)關(guān)根據(jù)PMOS晶體管構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的壓控振蕩器，其特征在于 上述第1負(fù)電導(dǎo)生成部，K個(gè)由第1負(fù)電導(dǎo)控制用二極管和第5開(kāi)關(guān)構(gòu)成的串聯(lián)電路并聯(lián)連接在上述第1PM0S 晶體管的漏極電極與源極電極之間，其中K為正整數(shù)，K個(gè)由第2負(fù)電導(dǎo)控制用二極管和第6開(kāi)關(guān)構(gòu)成的串聯(lián)電路并聯(lián)連接在上述第2PM0S 晶體管的漏極電極與源極電極之間，其中K為正整數(shù)，上述第5開(kāi)關(guān)和上述第6開(kāi)關(guān)根據(jù)上述負(fù)電導(dǎo)控制信號(hào)組進(jìn)行開(kāi)和關(guān)。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的壓控振蕩器，其特征在于 上述第1負(fù)電導(dǎo)生成部，K個(gè)由第1負(fù)電導(dǎo)控制用電阻和第7開(kāi)關(guān)構(gòu)成的串聯(lián)電路并聯(lián)連接在上述第1PM0S晶 體管的漏極電極與源極電極之間，其中K為正整數(shù)，K個(gè)由第2負(fù)電導(dǎo)控制用電阻和第8開(kāi)關(guān)構(gòu)成的串聯(lián)電路并聯(lián)連接在上述第2PM0S晶 體管的漏極電極與源極電極之間，其中K為正整數(shù)，上述第7開(kāi)關(guān)和上述第8開(kāi)關(guān)根據(jù)上述負(fù)電導(dǎo)控制信號(hào)組進(jìn)行開(kāi)和關(guān)。
10.一種壓控振蕩器，其特征在于 包括增益生成電路，生成進(jìn)行振蕩所需要的增益； 諧振電路，能夠根據(jù)第4頻率控制信號(hào)組，使諧振頻率發(fā)生變化；以及 阻抗控制電路，具有阻抗控制端子組，其輸出端子與上述諧振電路連接， 根據(jù)輸入到上述阻抗控制端子組的阻抗控制信號(hào)組，控制上述諧振電路的阻抗。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的壓控振蕩器，其特征在于 上述第4頻率控制信號(hào)組，包括第5頻率控制信號(hào)組，用于使上述諧振電路的諧振頻率連續(xù)地發(fā)生變化；第6頻率控制信號(hào)組，用于使上述諧振電路的諧振頻率梯段地發(fā)生變化。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的壓控振蕩器，其特征在于 上述諧振電路，為由電感器和電容構(gòu)成的LC諧振電路，根據(jù)上述第5頻率控制信號(hào)組，使上述電感器的電感、上述電容的電容值、或者上述兩 者連續(xù)地發(fā)生變化；根據(jù)上述第6頻率控制信號(hào)組，使上述電感器的電感、上述電容的電容值、或者上述兩 者梯段地發(fā)生變化。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的壓控振蕩器，其特征在于上述阻抗控制信號(hào)組，為通過(guò)了被輸入上述第6頻率控制信號(hào)組的一部分或者全部的 信號(hào)處理電路的控制信號(hào)；上述阻抗控制信號(hào)組，依照頻率的階段性變化來(lái)控制上述諧振電路的阻抗。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的壓控振蕩器，其特征在于 上述負(fù)電導(dǎo)生成電路，包括第3負(fù)電導(dǎo)生成部，具有第3PM0S晶體管和第4PM0S晶體管； 第4負(fù)電導(dǎo)生成部，具有第3NPN晶體管和第4NPN晶體管；以及 電流源電路，上述第3PM0S晶體管和上述第4PM0S晶體管，其源極電極被共用并與第1電壓端子連接，上述第3PM0S晶體管的漏極電極與上述第4PM0S晶體管的柵極電極連接， 上述第4PM0S晶體管的漏極電極與上述第3PM0S晶體管的柵極電極連接， 上述第3NPN晶體管和上述第4NPN晶體管的射極電極被共用，且該射極電極經(jīng)由上述 電流源電路與第2電壓端子連接，上述第3NPN晶體管的集電極電極經(jīng)由第3電容耦合用電容與上述第4NPN晶體管的基 極電極連接，上述第4NPN晶體管的集電極電極經(jīng)由第4電容耦合用電容與上述第3NPN晶體管的基 極電極連接，上述第3PM0S晶體管的漏極電極，與上述第3NPN晶體管的集電極電極連接，并且與上 述諧振電路的第3電極連接，上述第4PM0S晶體管的漏極電極，與上述第4NPN晶體管的集電極電極連接，并且與上 述諧振電路的第4電極連接。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的壓控振蕩器，其特征在于 上述阻抗控制電路，包括K個(gè)阻抗控制用PMOS晶體管，上述K個(gè)阻抗控制用PMOS晶體管的源極電極被共 用并與第1電壓端子連接，漏極電極被共用并與上述諧振電路的第5電極連接，其中K為正 整數(shù)，第9開(kāi)關(guān)連接在上述K個(gè)阻抗控制用PMOS晶體管的每一個(gè)的柵極電極與漏極電極之間，第10開(kāi)關(guān)連接在上述K個(gè)阻抗控制用PMOS晶體管的每一個(gè)的柵極電極與源極電極之間，上述第9開(kāi)關(guān)和上述第10開(kāi)關(guān)，根據(jù)上述阻抗控制信號(hào)組進(jìn)行開(kāi)和關(guān)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的壓控振蕩器，其特征在于 上述第9開(kāi)關(guān)和上述第10開(kāi)關(guān)由PMOS晶體管構(gòu)成。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的壓控振蕩器，其特征在于 上述阻抗控制電路，K個(gè)由第1阻抗控制用二極管和第11開(kāi)關(guān)構(gòu)成的串聯(lián)電路進(jìn)行了并聯(lián)連接，其中K為 正整數(shù)，上述第11開(kāi)關(guān)根據(jù)上述阻抗控制信號(hào)組進(jìn)行開(kāi)和關(guān)。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的壓控振蕩器，其特征在于 上述阻抗控制電路，K個(gè)由第1阻抗控制用電阻和第12開(kāi)關(guān)構(gòu)成的串聯(lián)電路進(jìn)行了并聯(lián)連接，其中K為正 整數(shù)，上述第12開(kāi)關(guān)根據(jù)上述阻抗控制信號(hào)組進(jìn)行開(kāi)和關(guān)。
19.一種信息設(shè)備，其特征在于 包括低噪聲放大器，對(duì)由天線接收到的接收信號(hào)進(jìn)行放大； 混頻器，對(duì)上述低噪聲放大器的輸出信號(hào)的頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)換； 振蕩器，生成用于進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換的局部振蕩信號(hào)，輸出至上述混頻器； 解調(diào)電路，從上述混頻器的輸出信號(hào)取出接收的基帶信號(hào)； 調(diào)制電路，對(duì)發(fā)送的基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，輸出相互正交的2個(gè)信號(hào)； 正交調(diào)制器，使用上述調(diào)制電路輸出的正交的2個(gè)信號(hào)和上述振蕩器輸出的上述局部 振蕩信號(hào)，輸出正交調(diào)制信號(hào)；功率放大器，對(duì)上述正交調(diào)制信號(hào)進(jìn)行放大；以及開(kāi)關(guān)，在接收時(shí)將來(lái)自上述天線的上述接收信號(hào)提供給上述低噪聲放大器，在發(fā)送時(shí) 將上述功率放大器輸出的上述正交調(diào)制信號(hào)提供給上述天線， 上述振蕩器，包括諧振增益生成電路，生成進(jìn)行振蕩所需要的增益； 諧振電路，能夠根據(jù)頻率控制信號(hào)組，使諧振頻率發(fā)生變化；以及 阻抗控制電路，具有阻抗控制端子組，其輸出端子與上述諧振電路連接， 根據(jù)輸入到上述阻抗控制端子組的阻抗控制信號(hào)組，控制上述諧振電路的阻抗。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的信息設(shè)備，其特征在于包括上述低噪聲放大器、上述混頻器、上述振蕩器、上述解調(diào)電路、上述調(diào)制電路、以及 上述正交調(diào)制器的收發(fā)電路，構(gòu)成為半導(dǎo)體器件。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于頻率轉(zhuǎn)換增益的變動(dòng)少的振蕩器的LC諧振電路、使用了該LC諧振電路的振蕩器、以及信息設(shè)備。本發(fā)明的壓控振蕩器，包括增益生成電路，生成進(jìn)行振蕩所需要的增益；諧振電路，能夠根據(jù)第1頻率控制信號(hào)組，使諧振頻率發(fā)生變化，上述增益生成電路，包括負(fù)電導(dǎo)生成電路，生成作為對(duì)交流電壓的負(fù)電流增益的負(fù)電導(dǎo)；K個(gè)端子，用于根據(jù)負(fù)電導(dǎo)控制信號(hào)組來(lái)控制上述生成的負(fù)電導(dǎo)，其中K為正整數(shù)。
文檔編號(hào)H03H5/12GK102035467SQ20101052307
公開(kāi)日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2006年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月9日
發(fā)明者中村寶弘, 北村智滿, 增田徹, 林范雄, 森博志 申請(qǐng)人:瑞薩電子株式會(huì)社