專利名稱：振蕩器及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種電子電路，特別是關(guān)于一種振蕩器及其方法。
背景技術(shù)：
壓控振蕩器(Voltage-controlled oscillator,VC0)廣泛地使用在大多數(shù)的應(yīng)用中。壓控振蕩器包括多級(jí)壓控延遲單元(voltage-controlled delay cell ;VO)C)。其中，每一級(jí)壓控延遲單元接收來自前級(jí)的一輸入且輸出一輸出給后級(jí)，并且由一控制電壓控制由輸入到輸出的電路延遲。圖1是3階壓控振蕩器100的示意圖。參照?qǐng)D1，壓控振蕩器100包括:3個(gè)壓控延遲單兀110、120、130、一輸入、一輸出以及由輸入到輸出的一電路延遲。每一個(gè)壓控延遲單元是設(shè)置于平衡(差動(dòng))電路組態(tài)中。各壓控延遲單元有一第一(正)輸入端i+、第二 (負(fù))輸入端Γ、第一(正)輸出端ο+、第二 (負(fù))輸出端cT及控制端VC。此輸入定義為第一輸入端i+和第二輸入端Γ之間的電壓差，且此輸出定義為第一輸出端ο+及第二輸出端ο—之間的電壓差。由輸入到輸出的電路延遲是由施加在控制端VC的控制電壓VCTL所控制。控制電壓VCTL施用給所有的壓控延遲單元110-130。控制電壓VCTL決定這3個(gè)壓控延遲單元110-130的電路延遲，因而決定振蕩器100的振蕩頻率。每一壓控延遲單元的電路延遲提供振蕩信號(hào)一相位偏移(phase shift)。為了維持振蕩，當(dāng)此振蕩信號(hào)沿著環(huán)往復(fù)且返回至起始點(diǎn)時(shí)，總相位偏移必須為360度。為了協(xié)助振蕩,將極性反轉(zhuǎn)(polarity inversion)利用在此環(huán)中以產(chǎn)生180度的相位偏移，以致于為維持振蕩來自此環(huán)的電路延遲的相位偏移的需求要降低至180度。在圖1的3級(jí)壓控振蕩器100中，極性反轉(zhuǎn)使用于壓控延遲單元130的輸出及壓控延遲單元110的輸入之間。為了維持振蕩，每一壓控延遲單元必需提供60度的相位偏移。除了相位偏移的需要外，每一壓控延遲單元還必需提供一增益給此環(huán)以維持振蕩。有許多電路適用于體現(xiàn)壓控延遲單元。為了提供此增益，壓控延遲單元必需包括一放大電路。為了維持高頻振蕩，此放大電路的延遲必需小，因而放大電路必需是一高速放大器。一般來說，高速放大器包括MOS (metal-oxid e semiconductor)晶體管、電阻及(或)電容,并且其提供不超過90度的相位偏移。為了具有180度的相位偏移，需要至少二級(jí)。因此，現(xiàn)有技術(shù)的壓控振蕩器包括至少二級(jí)的壓控延遲單元。一般來說，單級(jí)振蕩器只有在利用一電感來達(dá)到180度的相位偏移時(shí)是可實(shí)施的。不過，電感的成本昂貴并且在成本敏感的設(shè)計(jì)中不受歡迎。因此，如何提供不使用電感的振蕩器為一亟待解決的議題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種振蕩器及其方法。在一實(shí)施例中，本發(fā)明一種振蕩器包括第一網(wǎng)絡(luò)、第二網(wǎng)絡(luò)及交叉耦合網(wǎng)絡(luò)。第一網(wǎng)絡(luò)包括一第一放大器。第一放大器經(jīng)由一第一反饋網(wǎng)絡(luò)設(shè)置在一自反饋組態(tài)(topology)中，并用以產(chǎn)生一輸出信號(hào)的第一端。第二網(wǎng)絡(luò)包括一第二放大器。第二放大器經(jīng)由一第二反饋網(wǎng)絡(luò)設(shè)置在另一自反饋組態(tài)中，并用以產(chǎn)生一輸出信號(hào)的第二端。交叉耦合網(wǎng)絡(luò)用以交叉耦接輸出信號(hào)的第一端及輸出信號(hào)的第二端。在一實(shí)施例中，一種振蕩器包括一第一自反饋放大器、一第二自反饋放大器及一交叉耦合網(wǎng)絡(luò)。第一自反饋放大器用以輸出輸出信號(hào)的第一端、第二自反饋放大器用以輸出輸出信號(hào)的第二端，而交叉耦合網(wǎng)絡(luò)用以交叉耦接輸出信號(hào)的第一端和輸出信號(hào)的第二端。其中，第一自反饋放大器及第二自反饋放大器共享一個(gè)供應(yīng)電流且交叉控制彼此的自反饋。在一實(shí)施例中，一種振蕩器包括一第一放大器、一第二放大器、一電路及一交叉耦合網(wǎng)絡(luò)。第一放大器包括一第一反饋網(wǎng)絡(luò)，且此第一反饋網(wǎng)絡(luò)是用以輸出輸出信號(hào)的第一端。第二放大器包括一第二反饋網(wǎng)絡(luò)，且此第二反饋網(wǎng)絡(luò)是用以輸出輸出信號(hào)的第二端。此電路是用以提供一供應(yīng)電流給第一放大器及第二放大器，而交叉耦合網(wǎng)絡(luò)是用以交叉耦接輸出信號(hào)的第一端及輸出信號(hào)的第二端。其中，第一反饋網(wǎng)絡(luò)是由輸出信號(hào)的第二端所控制，而第二反饋網(wǎng)絡(luò)是由輸出信號(hào)的第一端所控制。在一實(shí)施例中，一種振蕩方法包括:通過放大一中間信號(hào)的第一端產(chǎn)生一輸出信號(hào)的第一端；通過放大中間信號(hào)的第二端產(chǎn)生輸出信號(hào)的第二端；交叉耦接輸出信號(hào)的第一端及輸出信號(hào)的第二端；使用以輸出信號(hào)的第二端控制的一第一反饋網(wǎng)絡(luò)將輸出信號(hào)的第一端耦接至中間信號(hào)的第一端；及使用以輸出信號(hào)的第一端控制的一第二反饋網(wǎng)絡(luò)將輸出信號(hào)的第二端耦接至中間信號(hào)的第二端。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)壓控振蕩器的示意圖。
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圖2是本發(fā)明實(shí)施例的振蕩器的示意圖。圖3是圖2的振蕩器的回饋網(wǎng)路的等效電路的示意圖。其中，附圖標(biāo)記說明如下:100壓控振蕩器110壓控延遲單元120壓控延遲單元130壓控延遲單元200振蕩器210偏壓電流211第i^一晶體管212供電節(jié)點(diǎn)220第一放大器221第一晶體管222第二晶體管231第三晶體管232第四晶體管230第二放大器240第一回饋網(wǎng)路241 第一電阻
242 第二電阻243第六晶體管244第五晶體管250第二回饋網(wǎng)路251第三電阻252第四電阻253第八晶體管254第七晶體管260交叉耦合網(wǎng)路261第九晶體管262第十晶體管300梯形RC電路VCTL控制電壓VC控制端

i+第一輸入端 Γ第二輸入端O+第一輸出端0_第二輸出端Vdd固定電位電路節(jié)點(diǎn)Ib供應(yīng)電流Vctl控制電壓Vi+第一端V1-第二端V。+ 第一端V。-第二端Rl前端電阻R2后端電阻R3可變電阻Cl前端寄生電容C2后端寄生電容
具體實(shí)施例方式以下將參考顯示本發(fā)明具體實(shí)施例的附圖詳細(xì)描述。這些實(shí)施例描述足夠詳細(xì)以致使此領(lǐng)域技術(shù)人員實(shí)現(xiàn)這些和其他實(shí)施例。當(dāng)一些實(shí)施例與一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例結(jié)合以形成新實(shí)施例時(shí)。各種實(shí)施例之間不需相互排斥。因此，以下詳細(xì)說明并無限制的用意，而是說明的用意。圖2是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的振蕩器200的示意圖。請(qǐng)參照?qǐng)D2，振蕩器200包括:一偏壓電路210、一放大器差動(dòng)對(duì)、一交叉耦合網(wǎng)絡(luò)260及一對(duì)反饋網(wǎng)絡(luò)。偏壓電流210用以提供一供應(yīng)電流Ib至供電節(jié)點(diǎn)212。放大器差動(dòng)對(duì)包括第一放大器220和第二放大器230，并由來自供電節(jié)點(diǎn)212的供應(yīng)電流Ib偏壓。放大器差動(dòng)對(duì)用以接收包括第一端Vi+及第二端的差動(dòng)中間信號(hào)(以下標(biāo)示為Vi)并輸出包括第一端V。+及第二端V?！牟顒?dòng)輸出信號(hào)(以下標(biāo)不為V。)。其中，第一放大器220接收差動(dòng)中間信號(hào)Vi的第一端Vi+和輸出差動(dòng)輸出信號(hào)V。的第一端V。+，并且第二放大器230接收差動(dòng)中間信號(hào)Vi的第二端和輸出差動(dòng)輸出信號(hào)V。的第二端\_。交叉耦合網(wǎng)絡(luò)260用以交叉耦合差動(dòng)輸出信號(hào)V。的第一端V。+及差動(dòng)輸出信號(hào)V。的第二端\_。此對(duì)反饋網(wǎng)絡(luò)包括第一反饋網(wǎng)絡(luò)240和第二反饋網(wǎng)絡(luò)250，并且第一反饋網(wǎng)絡(luò)240和第二反饋網(wǎng)絡(luò)250分別用以提供反饋給第一放大器220及第二放大器230。其中，第一反饋網(wǎng)絡(luò)240是由差動(dòng)輸出信號(hào)Vo的第二端V?！刂?，而第二反饋網(wǎng)絡(luò)250是由差動(dòng)輸出信號(hào)Vo的第一端V。+所控制。第一放大器220是一反相器,且此反相器包括第一晶體管221及第二晶體管222。第二放大器230是一反相器，且此反相器包括第三晶體管231及第四晶體管232。第一反饋網(wǎng)絡(luò)240包括串聯(lián)的第一電阻241、并聯(lián)的第五晶體管244與第六晶體管243及第二電阻242。其中，并聯(lián)的第五晶體管244與第六晶體管243是配置以作為由差動(dòng)輸出信號(hào)V。的第二端V。—控制的可變電阻。第二反饋網(wǎng)絡(luò)250包括串聯(lián)的第三電阻251、并聯(lián)的第七晶體管254與第八晶體管253，及第四電阻252。其中，并聯(lián)的第七晶體管254與第八晶體管253是配置以作為由差動(dòng)輸出信號(hào)V。的第一端V。+控制的可變電阻。交叉耦合網(wǎng)絡(luò)260包括第九晶體管261及第十晶體管262。偏壓電路210包括第十一晶體管211，并且此第十一晶體管211用以依照控制電壓V。。輸出供應(yīng)電流Ib給供電節(jié)點(diǎn)212。在此，Vdd表示一固定電位電路節(jié)點(diǎn)。在另一實(shí)施例(圖式未顯示)中，移除第十一晶體管211且供電節(jié)點(diǎn)212直接耦接控制電壓Vm。以下說明振蕩器200的原理。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，應(yīng)知悉晶體管具有許多類型，在本發(fā)明中并無限制晶體管的類型。于一實(shí)施例，第一晶體管221、第三晶體管231、第六晶體管243及第八晶體管253為PMOS晶體管,及于一實(shí)施例,第二晶體管222、第四晶體管232、第五晶體管244、第七晶體管254、第九晶體管261及第十晶體管262為NMOS晶體管。第一放大器220與第一反饋網(wǎng)絡(luò)240形成振蕩器200的第一半邊，而第二放大器230與第二反饋網(wǎng)絡(luò)250形成振蕩器200的第二半邊。由于共享相同供應(yīng)電流Ib，振蕩器200的第一半邊及振蕩器200的第二半邊是相反的極性，即當(dāng)差動(dòng)輸出信號(hào)Vo的第一端V。+上升時(shí)，差動(dòng)輸出信號(hào)V。的第二端V。-下降,反之亦然。對(duì)振蕩器200的每一半邊而言,第一放大器220及第二放大器230各別因放大器的反相性質(zhì)而產(chǎn)生180度的相位偏移，且因在放大器的輸出的寄生電容負(fù)載(parasitic capacitive load)而產(chǎn)生額外的90度的相位偏移。注意，每一 MOS晶體管會(huì)導(dǎo)致一寄生電容值。雖然第一放大器220及第二放大器230各別具有一有限的輸出阻值，但通過交叉耦合網(wǎng)絡(luò)260能抵消此有限的輸出阻值。于此，此有限的輸出阻值會(huì)使額外的相位偏移減少到小于90度。在差動(dòng)電路組態(tài)中的交叉耦合網(wǎng)絡(luò)260是等效于可抵消有限的輸出阻值的一負(fù)電阻。針對(duì)振蕩器200的每一半邊，第一反饋網(wǎng)絡(luò)240及第二反饋網(wǎng)絡(luò)250各別等效于一梯形RC電路300，如圖3所示。梯形RC電路300包括前端電阻Rl(代表第一電阻241或第三電阻251)、前端寄生電容Cl(是第六晶體管243與第五晶體管244的，或是第八晶體管253與第七晶體管254的)、可變電阻R3(代表第六晶體管243并聯(lián)第五晶體管244的阻值，或第八晶體管253并聯(lián)第七晶體管254的阻值)、后端寄生電容C2 (是第六晶體管243與第五晶體管244的，或是第八晶體管253與第七晶體管254的)，及后端電阻R2 (代表第一電阻241或第三電阻251)。如此，梯形RC電路300滿足以提供90度的相位偏移。因此，經(jīng)由使用放大器(即第一放大器220及第二放大器230)與反饋網(wǎng)絡(luò)(即第一反饋網(wǎng)絡(luò)240及第二反饋網(wǎng)絡(luò)250)致使360度的總相位偏移達(dá)到維持振蕩。此振蕩器的二半邊交互控制，SP，在第一半邊的第一反饋網(wǎng)絡(luò)240是由第二半邊的輸出(即，第二端V?！?所控制，而在第二半邊的第二反饋網(wǎng)絡(luò)250則是由第一半邊的輸出(即，第一端V。+)所控制。當(dāng)輸出信號(hào)的振幅大時(shí)，這樣的配置架構(gòu)通過降低反饋網(wǎng)絡(luò)(即第一反饋網(wǎng)絡(luò)240及第二反饋網(wǎng)絡(luò)250)的總有效阻值而提升反饋的強(qiáng)度，因此有助于達(dá)到一較高的振蕩頻率。雖然本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容已經(jīng)以較佳實(shí)施例揭示如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神所作些許的更動(dòng)與潤(rùn)飾，皆應(yīng)涵蓋于本發(fā)明的范疇內(nèi)，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視所附的申請(qǐng)專利權(quán)利要求范圍所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種振蕩器,包括: 一第一網(wǎng)絡(luò)，包括一第一放大器，經(jīng)由一第一反饋網(wǎng)絡(luò)設(shè)置在一自反饋組態(tài)中，以產(chǎn)生一輸出信號(hào)的第一端； 一第二網(wǎng)絡(luò)，包括一第二放大器，經(jīng)由一第二反饋網(wǎng)絡(luò)設(shè)置在另一自反饋組態(tài)中，以產(chǎn)生該輸出信號(hào)的第二端；及 一交叉耦合網(wǎng)絡(luò)，用以交叉耦接該輸出信號(hào)的該第一端及該輸出信號(hào)的該第二端，其中該第一反饋網(wǎng)絡(luò)及該第二反饋網(wǎng)絡(luò)設(shè)置在一跨控組態(tài)中。
2.按權(quán)利要求1所述的振蕩器，其中該第一反饋網(wǎng)絡(luò)包括串聯(lián)的一第一電阻及一第一晶體管，該第一晶體管是由該輸出信號(hào)的該第二端控制，以及該第二反饋網(wǎng)絡(luò)包括串聯(lián)的一第二電阻及一第二晶體管，該第二晶體管是由該輸出信號(hào)的該第一端控制。
3.按權(quán)利要求2所述的振蕩器，其中當(dāng)該輸出信號(hào)的該第二端的振幅增加時(shí)，該第一反饋網(wǎng)絡(luò)的總阻值降低，以及當(dāng)該輸出信號(hào)的該第一端的振幅增加時(shí)，該第二反饋網(wǎng)絡(luò)的總的振幅降低。
4.按權(quán)利要求3所述的振蕩器，其中該第一反饋網(wǎng)絡(luò)更包括一第三電阻，該第三電阻與該第一晶體管串聯(lián)，以及該第二反饋網(wǎng)絡(luò)更包括一第四電阻，該第四電阻與該第二晶體管串聯(lián)。
5.按權(quán)利要求1所述的振蕩器，其中該第一網(wǎng)絡(luò)及該第二網(wǎng)絡(luò)共享一供應(yīng)電流。
6.按權(quán)利要求5所述的振蕩器，更包括:一供電電路，用以依照一控制電壓提供該供應(yīng)電流。
7.按權(quán)利要求1所述的 振蕩器，其中該交叉耦合網(wǎng)絡(luò)是設(shè)置來作為對(duì)該第一放大器及該第二放大器為具有負(fù)阻值的一負(fù)載。
8.一種振蕩器,包括: 一第一放大器，包括一第一反饋網(wǎng)絡(luò)，用以輸出一輸出信號(hào)的第一端； 一第二放大器，包括一第二反饋網(wǎng)絡(luò)，用以輸出該輸出信號(hào)的第二端； 一電路，用以提供一供應(yīng)電流給該第一放大器和該第二放大器；及 一交叉耦合網(wǎng)絡(luò)，用以交叉耦接該輸出信號(hào)的該第一端和該輸出信號(hào)的該第二端，其中該第一反饋網(wǎng)絡(luò)是由該輸出信號(hào)的該第二端控制，且該第二反饋網(wǎng)絡(luò)是由該輸出信號(hào)的該第一端控制。
9.按權(quán)利要求8所述的振蕩器，其中該第一反饋網(wǎng)絡(luò)包括串聯(lián)的一第一電阻及一第一晶體管，該第一晶體管是由該輸出信號(hào)的該第二端控制，以及該第二反饋網(wǎng)絡(luò)包括串聯(lián)的一第二電阻及一第二晶體管，該第二晶體管是由該輸出信號(hào)的該第一端控制。
10.按權(quán)利要求9所述的振蕩器，其中當(dāng)該輸出信號(hào)的該第二端的振幅增加時(shí)，該第一反饋網(wǎng)絡(luò)的總阻值降低，以及當(dāng)該輸出信號(hào)的該第一端的振幅增加時(shí)，該第二反饋網(wǎng)絡(luò)的總的振幅降低。
11.按權(quán)利要求10所述的振蕩器，其中該第一反饋網(wǎng)絡(luò)更包括一第三電阻，該第三電阻與該第一晶體管串聯(lián)，以及該第二反饋網(wǎng)絡(luò)更包括一第四電阻，該第四電阻與該第二晶體管串聯(lián)。
12.按權(quán)利要求8所述的振蕩器，其中該供應(yīng)電流是由一控制電壓所控制。
13.按權(quán)利要求8所述的振蕩器，其中該交叉耦合網(wǎng)絡(luò)是設(shè)置來作為對(duì)該第一放大器及該第二放大器為具有負(fù)阻值的一負(fù)載。
14.按權(quán)利要求8所述的振蕩器，其中該第一反饋網(wǎng)絡(luò)及該第二反饋網(wǎng)絡(luò)分別設(shè)置來產(chǎn)生該輸出信號(hào)的該第一端及該輸出信號(hào)的該第二端的90度相位偏移。
15.一種振蕩方法,包括: 通過放大一中間信號(hào)的第一端產(chǎn)生一輸出信號(hào)的第一端； 通過放大該中間信號(hào)的第二端產(chǎn)生該輸出信號(hào)的第二端； 交叉耦接該輸出信號(hào)的該第一端及該輸出信號(hào)的該第二端； 使用以該輸出信號(hào)的該第二端控制的一第一反饋網(wǎng)絡(luò)將該輸出信號(hào)的該第一端耦接至該中間信號(hào)的該第一端；及 使用以該輸出信號(hào)的該第一端控制的一第二反饋網(wǎng)絡(luò)將該輸出信號(hào)的該第二端耦接至該中間信號(hào)的該第二端。
16.按權(quán)利要求15所述的振蕩方法，其中該第一反饋網(wǎng)絡(luò)包括串聯(lián)的一第一電阻及一第一晶體管，該第一晶體管是由該輸出信號(hào)的該第二端控制，以及該第二反饋網(wǎng)絡(luò)包括串聯(lián)的一第二電阻及一第二晶體管，該第二晶體管是由該輸出信號(hào)的該第一端控制。
17.按權(quán)利要求16所述的振蕩方法，其中當(dāng)該輸出信號(hào)的該第二端的振幅增加時(shí)，該第一反饋網(wǎng)絡(luò)的總阻值降低，以及當(dāng)該輸出信號(hào)的該第一端的振幅增加時(shí)，該第二反饋網(wǎng)絡(luò)的總的振幅降低。
18.按權(quán)利要求17所述的振蕩方法，其中該第一反饋網(wǎng)絡(luò)更包括一第三電阻，該第三電阻與該第一晶體管串聯(lián)，以及該第二反饋網(wǎng)絡(luò)更包括一第四電阻，該第四電阻與該第二晶體管串聯(lián)。
19.按權(quán)利要求15所述的振蕩方法,其中依照一控制電壓控制一供應(yīng)電流,且該第一反饋網(wǎng)絡(luò)及該第二反饋網(wǎng)絡(luò)共享該供應(yīng)電流。
20.按權(quán)利要求15所述 的振蕩方法，其中該第一反饋網(wǎng)絡(luò)及該第二反饋網(wǎng)絡(luò)分別設(shè)置來產(chǎn)生該輸出信號(hào)的該第一端及該輸出信號(hào)的該第二端的90度相位偏移。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種振蕩器及其方法，其中振蕩器包括第一網(wǎng)絡(luò)、第二網(wǎng)絡(luò)及交叉耦合網(wǎng)絡(luò)。第一網(wǎng)絡(luò)包括一第一放大器。第一放大器經(jīng)由一第一反饋網(wǎng)絡(luò)設(shè)置在一自反饋組態(tài)中，并用以產(chǎn)生一輸出信號(hào)的第一端。第二網(wǎng)絡(luò)包括一第二放大器。第二放大器經(jīng)由一第二反饋網(wǎng)絡(luò)設(shè)置在另一自反饋組態(tài)中，并用以產(chǎn)生一輸出信號(hào)的第二端。交叉耦合網(wǎng)絡(luò)用以交叉耦接輸出信號(hào)的第一端及輸出信號(hào)的第二端。其中，第一網(wǎng)絡(luò)及第二網(wǎng)絡(luò)共享一供應(yīng)電流，并且第一反饋網(wǎng)絡(luò)及第二反饋網(wǎng)絡(luò)是設(shè)置在一跨控組態(tài)中。
文檔編號(hào)H03B5/32GK103095216SQ20121043412
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2012年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月2日
發(fā)明者林嘉亮 申請(qǐng)人:瑞昱半導(dǎo)體股份有限公司