用于抑制數(shù)字控制的振蕩器中的噪聲的設(shè)備和方法
【專利說明】用于抑制數(shù)字控制的振蕩器中的噪聲的設(shè)備和方法
[0001 ] 要求優(yōu)先權(quán)
[0002]本專利申請要求2013年7月10日提交的題為“Devices and methods forreducing noise in digitally controlled oscillators” 的非臨時(shí)申請第13/938,727號的優(yōu)先權(quán)，其被受讓給本申請的受讓人并且由此通過引用的方式明確地合并于此。
【背景技術(shù)】
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]各種特征涉及數(shù)字電路，并且具體地涉及用于抑制數(shù)字控制的振蕩器中的噪聲的設(shè)備和方法。
【背景技術(shù)】
[0004]
[0005]全數(shù)字鎖相環(huán)(PLL)是一種生成相位與輸入“參考”信號的相位相關(guān)的輸出信號的數(shù)字控制系統(tǒng)。PLL是一種包括數(shù)字控制的、可變頻率的振蕩器(DC0)以及相位檢測器的電子電路。PLL將輸入信號的相位與從其輸出DC0導(dǎo)出的信號的相位相比較并且調(diào)節(jié)其DC0的頻率以保持相位匹配。來自相位檢測器的信號用于在反饋回路中控制DC0。
[0006]DC0通過以下方式來操作:接收數(shù)字輸入信號電平(例如多比特控制字)作為輸入并且生成具有對應(yīng)于輸入信號電平的頻率的輸出信號。典型的DC0可以使用具有可變電容器的LC諧振回路(tank)，其可以被調(diào)節(jié)以便調(diào)節(jié)其諧振輸出頻率。因此，有效控制中的輸入信號電平(例如控制字)通過調(diào)節(jié)可變電容器的電容值來控制DC0的輸出頻率。
[0007]在典型的DC0中使用的可變電容器可以包括多個(gè)電容器組，其中每個(gè)電容器組包括多個(gè)單獨(dú)的電容器。這些單獨(dú)的電容器可以被獨(dú)立地啟用，使得其電容值被歸于DC0的LC振蕩回路的總電容。作為一個(gè)示例，DC0的可變電容器可以包括彼此并聯(lián)耦合的兩個(gè)不同的電容器組A和B。電容器組A包括并聯(lián)耦合的三個(gè)不同的電容器CA1、CA2、CA3，每個(gè)電容器具有相等的電容值。電容器組B包括也并聯(lián)耦合并且每個(gè)也具有相等的電容值的七個(gè)不同的電容器CB1、CB2、CB3、CB4、CB5、CB6、CB7。每個(gè)組A的電容器CA的電容值等于組B中的電容器的電容值CB的八倍。因此，CA=8*CB。
[0008]D⑶接收控制字，控制字啟用或停用上述電容器CA1、CA2、CA3、CB1、CB2、CB3、CB4、CB5、CB6、CB7以便生成對應(yīng)的輸出頻率。例如，二進(jìn)制控制字“00111”可以啟用電容器CB1、CB2、CB3、CB4、CB5、CB6、CB7以實(shí)現(xiàn)7*CB的總電容值，而控制字“01000”可以啟用電容器CA1以實(shí)現(xiàn)8*CB的總電容值(因?yàn)镃a=8*Cb)。
[0009]注意，當(dāng)控制字從“00111”轉(zhuǎn)變?yōu)椤?1000”時(shí)，來自電容器組B的七個(gè)電容器CB1、CB2、CB3、CB4、CB5、CB6、CB7被停用(S卩，從LC振蕩回路去耦合)并且來自電容器組A的一個(gè)大的電容器Cm被啟用(S卩，耦合到LC振蕩回路)。其中多個(gè)電容器從多個(gè)組同時(shí)被耦合和去耦合以使DC0輸出頻率增加/減小一個(gè)步長的這樣的轉(zhuǎn)變點(diǎn)在本文中稱為“電容器組敏感的邊界”，并且與這樣的邊界相鄰的控制字被稱為“邊界敏感的控制字”。
[0010]圖1圖示在現(xiàn)有技術(shù)中發(fā)現(xiàn)的這樣的電容器組敏感的邊界和控制字的示例以及它們對DC0的總輸出可變電容CVar的影響。表格100描繪可以控制DC0的輸出頻率的多個(gè)5比特控制字的部分。本示例中的控制字的前兩個(gè)最高有效位(MSB)控制(S卩，啟用/停用)上述組A電容器，并且三個(gè)最低有效位(LSB)控制組B電容器。表格示出四(4)個(gè)邊界敏感的控制字(具有陰影背景的控制字)以及將每個(gè)邊界敏感的控制字對分開的兩(2)個(gè)電容器組敏感的邊界 102a、102b。
[0011 ] 在圖示的示例中，DC0輸入控制字信號在兩個(gè)邊界敏感控制字“00111”和“01000”之間經(jīng)歷小的振蕩。因此，輸出可變電容CVar也在CA1與CB1+CB2+CB3+CB4+CB5+CB6+CB7之間來回振蕩。因此，當(dāng)輸入控制字在邊界敏感控制字之間轉(zhuǎn)變時(shí)，跨多個(gè)不同電容器組的很多電容器被同時(shí)啟用和停用。具體地，示例示出來自組A的一(1)個(gè)較大電容器被啟用(即耦合到輸出)并且來自組B的七(7)個(gè)較小電容器被停用(從輸出斷開)。
[0012]在DC0的輸出處將來自不同電容器組的如此多的電容器耦合和去耦合會向DC0輸出信號中注入噪聲。另外，不同電容器組(例如電容器組A和B)之間的固有失配當(dāng)在電容器組敏感的邊界處的電容器組之間切換時(shí)會向DC0輸出信號貢獻(xiàn)噪聲和/或頻率不精確性。雖然單個(gè)電容器組內(nèi)的各個(gè)電容器可以彼此相對很好地匹配，然而來自不同組的電容器可能沒有這樣很好地匹配。比如，在以上討論的示例中，假定來自組A的每個(gè)電容器具有等于來自組B的電容器CB的八(8)倍的電容值CA。然而，實(shí)際上，制造的變化性可能弓丨起Cm例如大于8*Cb，以及引起電容器CB1+CB2+CB3+CB4+CB5+CB6+CB7總共小于7*Cb。與期望的步長增量的這一偏差可以表示為如圖1所示的Cerrcir，并且由于不同電容器組之間的更大失配而可以相對較大。
[0013]作為一個(gè)示例，制造的局限性可能導(dǎo)致組A電容器CA等于8.3*Cb(而非8*Cb)，并且電容器Cb1+Cb2+Cb3+Cb4+Cb5+Cb6+Cb7總共可能等于6.9*Cb(而非7*Cb)，這導(dǎo)致了電容偏差為Cerror = 0.4*Cb。因此，從控制字“00111”向“01000”轉(zhuǎn)變可能引起輸出可變電容從6.9*Cb向8.3*Cb而非從7*Cb向8*Cb轉(zhuǎn)變。這樣的與期望電容步長變化的顯著偏差導(dǎo)致增加的DC0輸出噪聲。
[0014]由這樣的在電容器組敏感邊界處的轉(zhuǎn)變引起的噪聲可以引起采用使用這樣的可變電容器的DC0的PLL的明顯的問題。特別地，當(dāng)PLL穩(wěn)定在電容器組敏感邊界之一附近的輸出頻率處時(shí)，這些問題變得更加突出。當(dāng)控制DC0的控制字在邊界敏感控制字(例如00111和01000)之間來回轉(zhuǎn)變時(shí)，穩(wěn)定在這樣的點(diǎn)可能引起電容器組反復(fù)地和/或周期性地跨兩個(gè)或多個(gè)電容器組啟用和停用很多電容器。這可能引起持久性的噪聲注入問題和非線性。
[0015]因此，需要使用包括多個(gè)電容器組的可變電容器來改善DC0的噪聲性能。特別地，需要抑制由可變電容器在電容器組敏感邊界處注入的噪聲。抑制這樣的噪聲可以改善DC0以及依賴于DC0的任意電路(諸如PLL)的性能，以得到線性低噪聲輸出頻率信號。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]—個(gè)特征提供一種數(shù)字控制的振蕩器(DC0)，包括:具有可變電容值的、部分地控制DC0的輸出頻率的可變電容器，可變電容值基于由第一電容器組提供的第一組電容值、由第二電容器組提供的第二組電容值、以及由輔助電容器組提供的輔助組電容值；以及耦合到可變電容器的噪聲抑制電路裝置，噪聲抑制電路裝置被適配成通過調(diào)節(jié)輔助組電容值而同時(shí)維持第一組電容值和/或第二組電容值中的至少一組電容值基本上不變來調(diào)節(jié)可變電容值。根據(jù)一方面，噪聲抑制電路裝置還被適配成接收輸入DCO控制字。根據(jù)另一方面，噪聲抑制電路裝置還被適配成:先于調(diào)節(jié)可變電容值，確定所接收的輸入DCO控制字跨電容器組敏感邊界轉(zhuǎn)變，電容器組敏感邊界標(biāo)記輸入DCO控制字之間的邊界，控制字在沒有噪聲抑制電路裝置的情況下將需要停用或啟用第一電容器組中的至少一個(gè)電容器以及第二電容器組中的至少一個(gè)電容器。
[0017]根據(jù)一方面，噪聲抑制電路裝置還被適配成:先于調(diào)節(jié)可變電容值，確定所接收的輸入DC0控制字已在兩個(gè)邊界敏感控制字之間轉(zhuǎn)變了預(yù)定義次數(shù)。根據(jù)另一方面，噪聲抑制電路裝置還被適配成:先于調(diào)節(jié)可變電容值，確定所接收的輸入DC0控制字已在兩個(gè)邊界敏感控制字之間反復(fù)地轉(zhuǎn)變了預(yù)定時(shí)間量。根據(jù)又一方面，DC0還包括:電感器及包括可變電容器和固定電容器的電容器組。
[0018]根據(jù)一方面，噪聲抑制電路裝置通過向輔助電容器組提供輔助電容器啟用信號來調(diào)節(jié)可變電容值，輔助電容器啟用信號使輔助電容器組中的至少一個(gè)輔助電容器與DC0的輸出耦合或去耦合。根據(jù)另一方面，噪聲抑制電路裝置還被適配成:接收意圖改變第一組電容值和/或第二組電容值中的至少一個(gè)電容值的輸入DC0控制字;通過從輸入DC0控制字中減去與輔助電容器啟用信號相關(guān)聯(lián)的對應(yīng)值來生成經(jīng)修改的控制字；以及向第一電容器組和第二電容器組提供經(jīng)修改的控制字以維持第一組電容值基本上不變。
[0019]根據(jù)一方面，第一電容器組包括多個(gè)第一電容器，第二電容器組包括多個(gè)第二電容器，并且輔助電容器組包括多個(gè)輔助電容器。根據(jù)另一方面，第二電容器組中的第二電容器中的每個(gè)具有電容值Cb，第一組電容器值等于n*CB，其中η為大于或等于三(3)的整數(shù)，并且第一電容器組中的第一電容器中的每個(gè)具有電容值(n+l)*CB。根據(jù)又一方面，輔助電容器組中的輔助電容器中的每個(gè)具有等于(l/f)*CB的電容值Cz，其中f等于或大于(1)。根據(jù)另一方面，f也為正整數(shù)，并且輔助電容器組包括構(gòu)成第二電容器組的第二電容器的數(shù)目的一半乘以f。
[0020]另一特征提供一種在DCO處操作的方法，包括:使用具有可變電容值的可變電容器來部分地控制DC0的輸出頻率，可變電容值基于由第一電容器組提供的第一組電容值、由第二電容器組提供的第二組電容值、以及由輔助電容器組提供的輔助組電容值；以及通過調(diào)節(jié)輔助組電容值而同時(shí)維持第一組電容值和/或第二組電容值中的至少一組電容值基本上不變來調(diào)節(jié)可變電容值。根據(jù)一方面，方法還包括接收輸入DC0控制字。根據(jù)又一方面，方法還包括:先于調(diào)節(jié)可變電容值，確定所接收的輸入DC0控制字跨電容器組敏感邊界轉(zhuǎn)變，電容器組敏感邊界標(biāo)記輸入DC0控制字之間的邊界，控制字否則將需要停用或啟用第一電容器組中的至少一個(gè)電容器以及第二電容器組中的至少一個(gè)電容器。
[0021]根據(jù)一方面，方法還包括:先于調(diào)節(jié)可變電容值，確定所接收的輸入DC0控制字已在兩個(gè)邊界敏感控制字之間轉(zhuǎn)變了預(yù)定義次數(shù)。根據(jù)另一方面，方法還包括:先于調(diào)節(jié)可變電容值，確定所接收的輸入DC0控制字以在兩個(gè)邊界敏感控制字之間反復(fù)地轉(zhuǎn)變了預(yù)定時(shí)間量。根據(jù)又一方面，方法還包括:通過向輔助電容器組提供輔助電容器啟用信號來調(diào)節(jié)可變電容值，輔助電容器啟用信號將輔助電容器組中的至少一個(gè)輔助電容器與DC0的輸出耦合或去耦合。
[0022]根據(jù)一方面，方法還包括:接收意圖改變第一組電容值和/或第二組電容值中的至少一個(gè)電容值的輸入DC0控制字;通過從輸入DC0控制字中減去與輔助電容器啟用信號相關(guān)聯(lián)的對應(yīng)值來生成經(jīng)修改的控制字；以及向第一電容器組和第二電容器組提供經(jīng)修改的控制字以維持第一組電容值基本上不變。
[0023]另一特征提供一種DC0，包括:具有可變電容值的、部分地