CN120896563A - 用于互补振荡器电路的基于变压器的滤波器 - Google Patents
用于互补振荡器电路的基于变压器的滤波器Info
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Abstract
本申请涉及一种用于互补振荡器电路的基于变压器的滤波器。一种电子设备可以包括具有振荡器的无线电路。该振荡器可以包括:一对n型晶体管,该一对n型晶体管耦接到第一尾部节点;一对p型晶体管,该一对p型晶体管耦接到第二尾部节点;负载电感器,该负载电感器耦接在该一对n型晶体管与该一对p型晶体管之间;负载电容器,该负载电容器耦接在该一对n型晶体管与该一对p型晶体管之间;可调谐电容器;以及第一变压器,该第一变压器耦接在第一尾部节点与可调谐电容器之间。该振荡器还可以包括耦接在第二尾部节点与可调谐电容器之间的第二变压器。该可调谐电容器可以包括多个差分可切换电容器电路。
Description
本申请要求2024年5月2日提交的美国专利申请18/653,927号的优先权,该美国专利申请据此全文以引用方式并入本文。
技术领域
本公开整体涉及电子设备,并且更具体地涉及具有无线通信电路的电子设备。
背景技术
电子设备可具备无线通信能力。具备无线通信能力的电子设备具有无线通信电路,该无线通信电路具有一个或多个天线。无线通信电路中的无线通信电路使用天线来接收和发送射频信号。
无线通信电路可包括具有一个或多个混频器的收发器。发送路径中的混频器可用于将信号从基带频率调制到射频,而接收路径中的混频器可用于将信号从射频解调到基带频率。混频器接收从本地振荡器电路生成的时钟信号。设计用于电子设备的令人满意的本地振荡器电路可能具有挑战性。
发明内容
本公开的一个方面提供了一种电路,该电路包括:一对n型晶体管,该一对n型晶体管耦接到第一尾部节点;一对p型晶体管,该一对p型晶体管耦接到第二尾部节点;负载电感器,该负载电感器耦接在该一对n型晶体管与该一对p型晶体管之间;负载电容器,该负载电容器耦接在该一对n型晶体管与该一对p型晶体管之间;可调谐电容器;和第一变压器,该第一变压器耦接在第一尾部节点与可调谐电容器之间。该电路还可以包括耦接在第二尾部节点与可调谐电容器之间的第二变压器。第一变压器可以包括:第一尾部线圈,该第一尾部线圈具有耦接到第一尾部节点的第一端子并且具有耦接到第一电源线路的第二端子;和第一滤波线圈,该第一滤波线圈具有耦接到可调谐电容器的第一端子并且具有耦接到节点的第二端子。第二变压器可以包括:第二尾部线圈,该第二尾部线圈具有耦接到第二尾部节点的第一端子并且具有耦接到不同于第一电源线路的第二电源线路的第二端子;和第二滤波线圈,该第二滤波线圈具有耦接到可调谐电容器的第一端子并且具有耦接到节点的第二端子。第一尾部线圈和第一滤波线圈可以在互连堆叠中相对于彼此竖直堆叠。第二尾部线圈和第二滤波线圈可以在互连堆叠中相对于彼此竖直堆叠。
本公开的一个方面提供了一种振荡器电路,该振荡器电路包括:第一对交叉耦接晶体管;第二对交叉耦接晶体管;负载电感器,该负载电感器耦接到第一对交叉耦接晶体管和第二对交叉耦接晶体管;负载电容器,该负载电容器耦接到第一对交叉耦接晶体管和第二对交叉耦接晶体管;以及基于变压器的尾部滤波器,该基于变压器的尾部滤波器耦接在第一对交叉耦接晶体管与第二对交叉耦接晶体管之间。基于变压器的尾部滤波器可以包括:第一尾部线圈,该第一尾部线圈耦接到第一对交叉耦接晶体管;第二尾部线圈,该第二尾部线圈耦接到第二对交叉耦接晶体管;第一滤波线圈,该第一滤波线圈感应耦接到第一尾部线圈;第二滤波线圈,该第二滤波线圈感应耦接到第二尾部线圈;和可调谐电容器,该可调谐电容器具有耦接到第一滤波线圈的第一端子并且具有耦接到第二滤波线圈的第二端子。
本公开的一个方面提供了一种振荡器电路,该振荡器电路包括:第一n型晶体管,该第一n型晶体管具有耦接到第一尾部节点的源极端子并且具有耦接到第一输出端子的漏极端子;第二n型晶体管,该第二n型晶体管具有耦接到第一尾部节点的源极端子并且具有耦接到第二输出端子的漏极端子;第一p型晶体管,该第一p型晶体管具有耦接到第二尾部节点的源极端子并且具有耦接到第一输出端子的漏极端子;第二p型晶体管,该第二p型晶体管具有耦接到第二尾部节点的源极端子并且具有耦接到第二输出端子的漏极端子;第一尾部线圈,该第一尾部线圈具有耦接到第一尾部节点的第一端子并且具有耦接到第一电源线路的第二端子;和第一滤波线圈,该第一滤波线圈感应耦接到第一尾部线圈。振荡器电路还可以包括:第二尾部线圈,该第二尾部线圈具有耦接到第二尾部节点的第一端子并且具有耦接到不同于第一电源线路的第二电源线路的第二端子;第二滤波线圈,该第二滤波线圈感应耦接到第二尾部线圈;和可调谐电容器,该可调谐电容器具有耦接到第一滤波线圈的第一端子并且具有耦接到第二滤波线圈的第二端子。第一滤波线圈和第二滤波线圈可以在被配置为交流(AC)接地节点的节点处耦接在一起。
附图说明
图1是根据一些实施方案的具有无线电路的例示性电子设备的图示。
图2是根据一些实施方案的具有振荡器电路的例示性无线电路的图示。
图3是根据一些实施方案的具有基于变压器的尾部滤波器的例示性互补振荡器电路的图示。
图4是示出根据一些实施方案的图3的互补振荡器电路的例示性具体实施的电路图。
图5是根据一些实施方案的差分可调谐电容器的电路图。
图6是根据一些实施方案的图4的基于变压器的尾部滤波器内的线圈的侧视图。
图7是示出根据一些实施方案的如何通过采用基于变压器的尾部滤波器来改善相位噪声抑制的曲线图。
具体实施方式
电子设备,诸如图1的电子设备10可具备无线电路。无线电路可包括一个或多个混频器和振荡器电路,该振荡器电路被配置为生成提供给一个或多个混频器的振荡信号或时钟信号。振荡器电路可以是具有一个或多个电感器和可调谐电容器的电压控制振荡器(VCO)。这种类型的电压控制振荡器有时被称为“LC”(电感器-电容器)VCO。LC VCO可以包括n型晶体管和p型晶体管两者;这种类型的LC VCO有时被称为“互补”LC VCO。n型晶体管可以经由第一尾部电感器耦接到第一电源线路,而p型晶体管可以经由第二尾部电感器耦接到第二电源线路。第一电源线路和第二电源线路可以耦接到具有相关联的电感和电容的解耦网络。
根据一个实施方案,互补LC VCO可以设置有耦接在n型晶体管与p型晶体管之间的基于变压器的尾部滤波器或谐振器。基于变压器的尾部谐振器可以包括可调谐电容器。基于变压器的尾部滤波器可通过以下方式配置:利用一比一(1:1)阻抗变压器,将可调谐电容器精确地连接到尾部电感器的正端子和负端子之间,从而降低对解耦网络电感的敏感度/影响。以这种方式布置,尾部滤波器的谐振变得更少地依赖于解耦网络电感和电容,这允许二次谐波功率流过基于变压器的滤波器而不是流过解耦网络,因此实现改善的相位噪声抑制。
图1的电子设备10可以是:计算设备,诸如膝上型计算机、台式计算机、包含嵌入式计算机的计算机监视器、平板电脑、蜂窝电话、媒体播放器或者其他手持式或便携式电子设备;较小的设备,诸如腕表设备、挂式设备、耳机或听筒设备、嵌入在眼镜中的设备;或者佩戴在用户头部上的其他装备;或者其他可佩戴式或微型设备、电视机、不包含嵌入式计算机的计算机显示器、游戏设备、导航设备、嵌入式系统(诸如其中具有显示器的电子装备安装在信息亭或汽车中的系统)、连接无线互联网的语音控制的扬声器、家庭娱乐设备、遥控设备、游戏控制器、外围用户输入设备、无线基站或接入点、实现这些设备中的两个或更多个设备的功能的装备;或者其他电子装备。
如图1中的功能框图所示,设备10可包括位于电子设备外壳诸如外壳12上或其内的部件。外壳12(有时可以称为壳体)可由塑料、玻璃、陶瓷、纤维复合材料、金属(例如,不锈钢、铝、金属合金等)、其他合适的材料、或这些材料的组合形成。在一些实施方案中,外壳12的部分或全部可由介电或其他低电导率材料(例如,玻璃、陶瓷、塑料、蓝宝石等)形成。在其他实施方案中,外壳12或构成外壳12的结构中的至少一些结构可由金属元件形成。
设备10可包括控制电路14。控制电路14可包括存储装置,诸如存储电路16。存储电路16可包括硬盘驱动器存储装置、非易失性存储器(例如,被配置为形成固态驱动器的闪存存储器或其他电可编程只读存储器)、易失性存储器(例如,静态随机存取存储器或动态随机存取存储器)等。存储电路16可包括集成在设备10内的存储装置和/或可移动存储介质。
控制电路14可包括处理电路,诸如处理电路18。处理电路18可用于控制设备10的操作。处理电路18可包括一个或多个微处理器、微控制器、数字信号处理器、主机处理器、基带处理器集成电路、专用集成电路、中央处理单元(CPU)等。控制电路14可被配置为使用硬件(例如,专用硬件或电路)、固件和/或软件在设备10中执行操作。用于在设备10中执行操作的软件代码可以存储在存储电路16(例如,存储电路16可以包括存储软件代码的非暂态(有形)计算机可读存储介质)上。该软件代码可有时被称为程序指令、软件、数据、指令或代码。存储在存储电路16上的软件代码可由处理电路18来执行。
控制电路14可用于运行设备10上的软件,诸如卫星导航应用程序、互联网浏览应用程序、互联网语音协议(VOIP)电话呼叫应用程序、电子邮件应用程序、媒体回放应用程序、操作系统功能等。为了支持与外部装备进行交互,控制电路14可用于实现通信协议。可使用控制电路14实现的通信协议包括:互联网协议、无线局域网(WLAN)协议(例如,IEEE802.11协议——有时称为)、用于其他短距离无线通信链路的协议诸如协议或其他无线个人区域网(WPAN)协议、IEEE 802.11ad协议(例如,超宽带协议)、蜂窝电话协议(例如,3G协议、4G(LTE)协议、5G协议等)、天线分集协议、卫星导航系统协议(例如,全球定位系统(GPS)协议、全球导航卫星系统(GLONASS)协议等)、基于天线的空间测距协议(例如,在毫米和厘米波频率下传送的信号的无线电探测与测距(RADAR)协议或其他期望的距离检测协议)或任何其他期望的通信协议。每种通信协议可与对应的无线电接入技术(RAT)相关联,该无线电接入技术指定用于实现该协议的物理连接方法。
设备10可包括输入-输出电路20。输入-输出电路20可包括输入-输出设备22。输入-输出设备22可用于允许将数据供应给设备10并且允许将数据从设备10提供给外部设备。输入-输出设备22可包括用户接口设备、数据端口设备和其他输入-输出部件。例如,输入-输出设备22可包括触摸传感器、显示器(例如,触敏显示器和/或力敏显示器)、发光部件诸如没有触摸传感器能力的显示器、按钮(机械、电容、光学等)、滚轮、触摸板、小键盘、键盘、麦克风、相机、按钮、扬声器、状态指示器、音频插孔和其他音频端口部件、数字数据端口设备、运动传感器(加速度计、陀螺仪和/或检测运动的罗盘)、电容传感器、接近传感器、磁传感器、力传感器(例如,耦接到显示器以检测施加到显示器的压力的力传感器)等。在一些配置中,键盘、耳机、显示器、指向设备诸如触控板、鼠标和操纵杆以及其他输入-输出设备可使用有线或无线连接耦接至设备10(例如,输入-输出设备22中的一些可为经由有线或无线链路耦接至设备10的主处理单元或其他部分的外围设备)。
输入-输出电路20可包括无线电路24以支持无线通信。无线电路24(在本文中有时被称为无线通信电路24)可包括一个或多个天线。无线电路24还可包括基带处理器电路、收发器电路、放大器电路、滤波器电路、切换电路、射频发送线路和/或用于利用天线发送和/或接收射频信号的任何其他电路。
无线电路24可以在无线电频率(在本文中有时称为通信频带或简称为“带”)的对应频带内发送和/或接收射频信号。由无线电路24处理的频带可以包括无线局域网(WLAN)频带(例如,(IEEE 802.11)或其他WLAN通信频带)诸如2.4GHz WLAN频带(例如,2400MHz至2480MHz)、5GHz WLAN频带(例如,5180MHz至5825MHz)、6E频带(例如,5925MHz至7125MHz)和/或其他频带(例如,1875MHz至5160MHz);无线个人区域网(WPAN)频带诸如2.4GHz 频带或其他WPAN通信频带;蜂窝电话频带(例如,约600MHz至约5GHz的频带、3G频带、4G LTE频带、低于10GHz的5G新无线电频率范围1(FR1)频带、在20GHz和60GHz之间的5G新无线电频率范围2(FR2)频带等);10GHz至300GHz之间的其他厘米或毫米波频带;近场通信频带(例如,13.56MHz);卫星导航频带(例如,1565MHz至1610MHz的GPS频带、全球卫星导航系统(GLONASS)频带、北斗卫星导航系统(BDS)频带等);在IEEE802.15.4协议和/或其他超宽带通信协议下工作的超宽带(UWB)频带;在3GPP无线通信标准族下的通信频带;在IEEE 802.XX标准族下的通信频带,和/或任何其他期望的感兴趣的频带。
图2是示出无线电路24内的例示性部件的图示。无线电路24可包括作为振荡器电路52的一部分的具有改善的相位噪声抑制能力的平衡-不平衡转换器(balun)相位噪声滤波器。如图2所示,无线电路24可包括一个或多个处理器诸如处理电路26、射频(RF)收发器电路诸如射频收发器28、射频前端电路诸如射频前端模块(FEM)40以及天线42。处理电路26可以是基带处理电路、一个或多个应用处理器、一个或多个数字信号处理器、一个或多个微控制器、一个或多个微处理器、一个或多个中央处理单元(CPU)、一个或多个可编程设备、这些电路的组合和/或电路18内的其他类型的处理器。处理电路26可被配置为生成数字(发送或基带)信号。处理电路26可通过路径34(有时称为基带路径)耦接到收发器28。收发器28可经由射频发送线路路径36耦接到天线42。射频前端模块40可插置在收发器28与天线42之间的射频发送线路路径36上。
无线电路24可包括一个或多个天线,诸如天线42。可使用任何期望的天线结构来形成天线42。例如,天线42可以是具有谐振元件的天线,该天线由环形天线结构、贴片天线结构、倒F形天线结构、隙缝天线结构、平面倒F形天线结构、螺旋天线结构、单极天线、偶极、这些设计的混合等形成。两个或更多个天线42可被布置成一个或多个相控天线阵列(例如,用于在毫米波频率下传送射频信号)。寄生元件可包括在天线42中以调节天线性能。天线42可设置有导电腔,该导电腔支撑天线42的天线谐振元件(例如,天线42可以是背腔天线,诸如背腔隙缝天线)。
在图2的示例中,为了清楚起见,无线电路24被例示为包括处理电路26、单个收发器28、单个前端模块40和单个天线42。一般来讲,无线电路24可包括任何期望数量的处理器26、任何期望数量的收发器28、任何期望数量的前端模块40和任何期望数量的天线42。每个处理器26可通过相应路径34耦接到一个或多个收发器28。每个收发器28可包括被配置为将上行链路信号输出到天线42的发送器电路,可包括被配置为从天线42接收下行链路信号的接收器电路,并且可通过相应射频发送线路路径36耦接到一个或多个天线42。每个射频发送线路路径36可具有设置在其上的相应前端模块40。如果需要,两个或更多个前端模块40可设置在相同射频发送线路路径36上。如果需要,可在其上没有插置任何前端模块的情况下实现无线电路24中的射频发送线路路径36中的一个或多个射频发送线路路径。
前端模块(FEM)40可包括对通过射频发送线路路径36传送(发送和/或接收)的射频信号操作的射频前端电路。前端模块可例如包括前端模块(FEM)部件,诸如射频滤波器电路44(例如,低通滤波器、高通滤波器、陷波滤波器、带通滤波器、复用电路、双工器电路、双讯器电路、三工器电路等)、切换电路46(例如,一个或多个射频开关)、射频放大器电路48(例如,一个或多个功率放大器和一个或多个低噪声放大器)、阻抗匹配电路(例如,有助于使天线42的阻抗与射频发送线路36的阻抗匹配的电路)、天线调谐电路(例如,调节天线42的频率响应的电容器、电阻器、电感器和/或开关的网络)、射频耦接器电路、电荷泵电路、功率管理电路、数字控制和接口电路,和/或对由天线42发送和/或接收的射频信号进行操作的任何其他期望的电路。可将前端模块部件中的每一者安装到公共(共享)衬底,诸如刚性印刷电路板衬底或柔性印刷电路衬底。如果需要,各种前端模块部件还可以集成到单个集成电路芯片中。
滤波器电路44、切换电路46、放大器电路48和其他电路可插置在射频发送线路路径36内,可结合到FEM 40中,并且/或者可结合到天线42中(例如,以支持天线调谐、以支持在期望频带中的操作等)。可(例如,使用控制电路14)调节这些部件(在本文中有时被称为天线调谐部件)以随时间调节天线42的频率响应和无线性能。
射频发送线路路径36可耦接到天线42上的天线馈电部。天线馈电部可例如包括正天线馈电端子和接地天线馈电端子。射频发送线路路径36可具有正发送线路信号路径,该正发送线路信号路径耦接到天线42上的正天线馈电端子。射频发送线路路径36可具有接地发送线路信号路径,该接地发送线路信号路径耦接到天线42上的接地天线馈电端子。该示例是例示性的,并且一般来讲,天线42可使用任何期望的天线馈电方案来馈电。如果需要,天线42可具有耦接到一个或多个射频发送线路路径36的多个天线馈电部。
射频发送线路路径36可包括用于对设备10(图1)内的射频天线信号进行路由的发送线路。设备10中的发送线路可包括同轴电缆、微带发送线路、带状线发送线路、边缘耦接的微带发送线路、边缘耦接的带状线发送线路、由这些类型的发送线路的组合形成的发送线路等。设备10中的发送线路诸如射频发送线路路径36中的发送线路可集成到刚性和/或柔性印刷电路板中。在一种合适的布置中,射频发送线路路径(诸如射频发送线路路径36)还可包括发送线路导体,这些发送线路导体集成在多层层压结构(例如,在没有介入粘合剂的情况下层压在一起的导电材料(诸如铜)和电介质材料(诸如树脂)的层)内。如果需要,多层层压结构可在多个维度(例如,二维或三维)上折叠或弯曲,并且可在弯曲之后保持弯曲或折叠形状(例如,多层层压结构可被折叠成特定的三维结构形状以围绕其他设备部件布线并且可为足够刚性的以在折叠之后保持其形状而不用加强件或其他结构保持在适当的位置)。层压结构的所有多个层可以在没有粘合剂的情况下分批层压在一起(例如,在单个压制过程中)(例如,与进行多个压制过程以将多个层用粘合剂层压在一起相反)。
收发器电路28可包括处理WLAN通信频带(例如,(IEEE 802.11)或其他WLAN通信频带)诸如2.4GHz WLAN频带(例如,2400MHz至2480MHz)、5GHz WLAN频带(例如,5180MHz至5825MHz)、6E频带(例如,5925MHz至7125MHz)和/或其他频带(例如,1875MHz至5160MHz)的无线局域网收发器电路;处理2.4GHz频带或其他WPAN通信频带的无线个人区域网收发器电路;处理蜂窝电话频带(例如,约600MHz至约5GHz的频带、3G频带、4G LTE频带、低于10GHz的5G新无线电频率范围1(FR1)频带、在20GHz和60GHz之间的5G新无线电频率范围2(FR2)频带等)的蜂窝电话收发器电路;处理近场通信频带(例如,13.56MHz)的近场通信(NFC)收发器电路;处理卫星导航频带(例如,1565MHz至1610MHz的GPS频带、全球卫星导航系统(GLONASS)频带、北斗卫星导航系统(BDS)频带等)的卫星导航接收器电路;使用IEEE 802.15.4协议和/或其他超宽带通信协议来处理通信的超宽带(UWB)收发器电路;和/或用于覆盖任何其他期望的感兴趣通信频带的任何其他期望的射频收发器电路。
在执行无线发送时,处理器26可通过路径34向收发器28提供数字信号。收发器28还可包括用于将从处理器26接收的基带信号转换为对应中频或射频信号的电路。例如,收发器电路28可包括用于在通过天线42的发送之前将基带信号上变频(或调制)为中频或射频的混频器电路50。收发器电路28还可包括用于在数字域与模拟域之间转换信号的数模转换器(DAC)电路和/或模数转换器(ADC)电路。收发器28可包括发送器部件以经由射频发送线路路径36和前端模块40通过天线42发送射频信号。天线42可通过将射频信号辐射到自由空间中来将射频信号发送到外部无线装备。
在执行无线接收时,天线42可接收来自外部无线装备的射频信号。可将所接收的射频信号经由射频发送线路路径36和前端模块40传送到收发器28。收发器28可包括用于将所接收的射频信号转换为对应中频或基带信号的电路。例如,收发器28可使用混频器电路50来在将所接收的信号通过路径34传送到处理器26之前将所接收的射频信号下变频(或解调)到基带频率。
混频器电路50可包括本地振荡器电路,诸如本地振荡器(LO)电路52。本地振荡器电路52可生成振荡器信号或振荡信号,混频器电路50使用这些振荡器信号或振荡信号将发送信号从基带频率调制到射频和/或将所接收的信号从射频解调到基带或中频。本地振荡器电路52通常可以包括锁相环路(PLL)电路,该锁相环路(PLL)电路被配置为生成被馈送到混频器电路50的输入的振荡信号。
在实践中,该本地振荡器路径中的相位噪声可对信号与噪声及失真比(SNDR)具有直接影响,如果不小心,这种影响可使无线电路24的误差矢量幅度(EVM)劣化。由于现有技术的调制方案施加更严格的EVM要求,因此振荡器路径中的相位噪声可能成为总体链路预算中的主导因素。PLL电路可以包括振荡器诸如电压控制振荡器(VCO)。设计用于无线电路24的VCO可能是具有挑战性的。
图3是根据一些实施方案的例示性振荡器电路诸如具有基于变压器的尾部滤波器的振荡器电路90的图示。振荡器电路90可以表示振荡器诸如电压控制振荡器(VCO),该电压控制振荡器(VCO)可以是用于在LO电路52中生成振荡信号的锁相环路(PLL)的一部分。如图3所示,振荡器电路90可包括振荡器子电路60,该振荡器子电路包括电感器(L)部件和电容器(C)部件,并且因此在本文中有时被称为“LC”振荡器子电路或部分。振荡器子电路60还可以包括n型开关(诸如n型晶体管62)和p型开关(诸如p型晶体管64)。包括n型晶体管和p型晶体管两者的振荡器子电路60在本文中有时被称为并且被定义为“互补”振荡器子电路。
在图3的示例中,n型晶体管62可以经由连接路径63耦接到第一尾部线圈,诸如第一尾部线圈Lsn。第一尾部线圈Lsn可具有耦接到n型晶体管62的第一端子以及耦接到接地电源线路66的第二端子(例如,在其上提供地电压Vss的接地电源端子)。一侧耦接到电源线路的尾部线圈Lsn可被称为“单端”线圈或电感器。在另一端,p型晶体管64可以经由连接路径65耦接到另一个尾部线圈,诸如第二尾部线圈Lsp。第二尾部线圈Lsp可具有耦接到p型晶体管64的第一端子以及耦接到正电源线路68的第二端子(例如,在其上提供正电源电压Vdd的正电源端子)。一侧耦接到电源线路的尾部线圈Lsp也可被称为“单端”线圈或电感器。
根据一个实施方案,单端尾部线圈Lsn和Lsp可以耦接到可调节电容,诸如可调谐电容器72。如图3所示,尾部线圈Lsn可以经由第一感应耦接路径74耦接到可调谐电容器72,而尾部线圈Lsp可以经由第二感应耦接路径76耦接到可调谐电容器72。可调谐电容器72可以被实现为电容器组、多个可切换电容器或其他类型的可编程或可调节电容。
在实践中,电源线路66和68耦接到解耦网络诸如解耦网络70。解耦网络70可以包括解耦电容器的网络,该解耦电容器的网络被配置为确保稳定的电压电平并减少电源线路66和68上的噪声和不需要的瞬态响应。因此,解耦网络70有时被称为解耦电容网络或“decap”网络。因此,图3所示类型的包括互补LC振荡器部分60的振荡器电路90在本文中有时被称为互补LC振荡器(VCO)电路。
图4是示出结合图3描述的类型的互补LC振荡器电路90的例示性具体实施的电路图。如图4所示,振荡器电路90可以包括n型晶体管N1和N2、p型晶体管P1和P2、电容器78a和78b、输出电容器诸如可调谐负载电容器Cd、输出电感器诸如负载电感器Ld、以及一个或多个相关联的线圈诸如尾部线圈Lsn和Lsp。
晶体管N1和N2可以是n型(n沟道)晶体管诸如n型金属氧化物半导体(NMOS)器件,并且可以表示图3所示的n型开关62。晶体管N1可具有:源极端子,该源极端子耦接到第一尾部节点诸如尾部节点Tn;漏极端子,该漏极端子耦接到电路90的第一输出端子OUT1;以及栅极端子,该栅极端子交叉耦接到电路90的第二输出端子OUT2。晶体管N2可具有:源极端子,该源极端子耦接到第一尾部节点Tn;漏极端子,该漏极端子耦接到第二输出端子OUT2;以及栅极端子,该栅极端子交叉耦接到第一输出端子OUT1。输出端子OUT1和OUT2可共同用作振荡器电路90的差分输出端口。可以在差分输出端口上生成振荡(LO)信号。以这种方式布置的晶体管N1和N2有时被称为交叉耦接的差分n型晶体管。
用于指晶体管中的载流端子的术语“源极”端子和“漏极”端子可互换使用,并且有时被称为“源极-漏极”端子。因此,晶体管N1的源极端子有时可被称为第一源极-漏极端子,并且晶体管N1的漏极端子可被称为第二源极-漏极端子(或反之亦然)。关于开关(或晶体管)的术语“激活”在本文中可以指代或被定义为将开关置于“导通”状态或低阻抗状态使得开关的两个端子电连接以传导电流的动作。关于开关(或晶体管)的术语“去激活”在本文中可以指代或被定义为将开关置于“关断”状态或高阻抗状态使得开关/晶体管的两个端子以最小的泄漏电流电断开的动作。
在另一端,晶体管P1和P2可以是p型(p沟道)晶体管诸如p型金属氧化物半导体(PMOS)器件,并且可以表示图3所示的p型开关64。晶体管P1可具有:源极端子,该源极端子耦接到第二尾部节点诸如尾部节点Tp;漏极端子,该漏极端子耦接到电路90的第一输出端子OUT1;以及栅极端子,该栅极端子交叉耦接到电路90的第二输出端子OUT2。晶体管P2可具有:源极端子,该源极端子耦接到第二尾部节点Tp;漏极端子,该漏极端子耦接到第二输出端子OUT2;以及栅极端子,该栅极端子交叉耦接到第一输出端子OUT1。以这种方式布置的晶体管P1和P2有时被称为交叉耦接的差分p型晶体管。
第一电容器78a可具有耦接到输出端子OUT1的第一端子以及耦接到接地线的第二端子。第二电容器78b可具有耦接到输出端子OUT2的第一端子以及耦接到地的第二端子。负载(输出)电感器Ld可具有耦接到输出端子OUT1的第一端子以及耦接到输出端子OUT2的第二端子。可调谐负载(输出)电容器Cd可具有耦接到输出端子OUT1的第一端子以及耦接到输出端子OUT2的第二端子。电容器Cd可以被实现为可编程电容器组或其他类型的可调节电容结构。
第一尾部线圈Lsn可具有耦接到尾部节点Tn的第一端子以及经由解耦网络70耦接到接地电源线路66的第二端子。第二尾部线圈Lsp可具有耦接到尾部节点Tp的第一端子以及经由解耦网络70耦接到正电源线路68的第二端子。如图7所示,解耦网络70可以包括:解耦电容Cdecap,该解耦电容Cdecap耦接在电源线路66和68之间;第一关联解耦电感Ldecap,该第一关联解耦电感Ldecap与线圈Lsn串联耦接;第二关联解耦电感Ldecap,该第二关联解耦电感Ldecap与Lsp串联耦接;第一关联解耦电阻Rdecap1,该第一关联解耦电阻Rdecap1耦接在第一Ldecap和Cdecap之间;以及第二关联解耦电阻Rdecap2,该第二关联解耦电阻Rdecap2耦接在第二Ldecap和Cdecap之间。第一寄生电容Cparn可以与尾部线圈Lsn并联耦接,而第二寄生电容Cparp可以与尾部线圈Lsp并联耦接。
如结合图3所描述的,尾部线圈Lsn和Lsp可以感应耦接到可调谐电容器72,从而形成谐振回路(resonant tank)。谐振回路可以在谐振频率下表现出谐振。如果不小心,谐振频率可以强烈地取决于解耦电感Ldecap。例如,如果可调谐电容器直接连接在尾部节点Tn和Tp两端,则可能发生这种情况。当尾部电感相对于解耦电感Ldecap较小时,此类配置可能难以预测共模高频信号通过解耦网络的返回路径。
根据一个实施方案,振荡器电路90的尾部线圈可经由一个或多个变压器耦接到差分可调谐电容器Cs。如图4所示,第一尾部线圈Lsn可以感应耦接到对应线圈Ln,而第二尾部线圈Lsp可以感应耦接到对应线圈Lp。线圈(绕组)Lsn和Ln可以形成第一变压器80,而线圈(绕组)Lsp和Lp可以形成第二变压器82。第一变压器80可以表示第一1:1(一比一)阻抗变压器,而第二变压器82可以表示第二1:1(一比一)阻抗变压器。线圈Ln可具有耦接到差分可调谐电容器Cs的第一端子,并且可具有耦接到节点84的第二端子。线圈Lp可具有耦接到差分可调谐电容器Cs的第一端子,并且可具有耦接到节点84的第二端子。
可调谐电容器Cs可以被实现为多个(或一组)差分可切换电容器电路(参见例如图5)。如图5所示,可调谐电容器Cs可以被实现为多个差分可切换电容器电路96,并且在本文中有时可以被称为可调谐电容器电路或可调谐电容。如图5的示例所示,每个可切换电容器电路96可以包括耦接在两个电容器C之间的开关98。可切换电容器电路96可以由数字信号Dc控制,该数字信号Dc被配置为选择性地激活和去激活一个或多个可切换电容器电路96(例如,电路96的第一子集可以通过接通第一子集中的开关98来激活,而电路96的第二子集可以通过关断第二子集中的开关98来去激活)。数字信号Dc可以由控制器99输出。控制器99可以是图1的控制电路14、图2的处理电路26或图2的收发器电路28的一部分。由变压器80和82提供的单端到差分阻抗变换可以被利用以将尾部滤波器的可调谐电容器Cs作为全差分电容器组放置在次级侧上,与单端可调谐电容器相比,这在技术上有利于展示更高的品质因数和更小的导通电阻,从而提供对相位噪声/闪烁噪声的增强抑制。
部件Lsn、Lsp、Ln、Lp和Cs可以共同形成尾部滤波器,有时称为基于变压器的(尾部)滤波器或基于变压器的尾部谐振电路(回路)。线圈Ln和Lp在本文中有时可被称为并且被定义为滤波线圈。以这种方式布置,节点84被配置为虚拟AC(交流)接地节点。该配置通过1:1变压器电路将差分调谐电容器Cs连接到尾部电感器的相对端子之间,从而降低对Ldecap的敏感度或减少其影响。因此,基于变压器的尾部滤波器的谐振频率变得更少地取决于解耦网络电感Ldecap和电容Cdecap。这种降低的依赖性可能是由于以下现象:流过尾部节点的任何电流或二次谐波功率信号将主要被引导通过基于变压器的谐振回路而不是通过Ldecap(参见例如流过尾部滤波器而不是通过解耦网络70的高频率信号返回路径92)。去除对Ldecap的这种依赖性在技术上可能是有利的,因为可以优化或增加尾部谐振器尺寸(例如,部件Lsn、Ln、Lp、Lsp和/或Cs的尺寸)以增强并联电阻,同时降低无线电路的总体相位噪声。
图6是图4的基于变压器的尾部滤波器内的线圈的侧视图。如图6所示,振荡器电路90可以包括互连堆叠,诸如形成在半导体衬底100(例如,p型半导体衬底)上的互连堆叠102。互连堆叠102可以包括交替的布线层和通孔层。每个布线层可包括导电(金属)布线路径,诸如形成在电介质材料层中的金属布线结构。每个通孔层可以包括导电(金属)通孔,诸如形成在电介质材料层中的金属通孔结构。因此,互连堆叠102有时被称为电介质堆叠(例如,具有在电介质材料诸如二氧化硅内形成的导电布线路径的互连堆叠)。导电(金属)布线结构和导电(金属)通孔结构可以使用铜、铝、钨、钛、金、银、镍、金属合金、金属的组合和/或其他类型的导电材料来形成。金属布线结构和金属通孔结构可形成用于将电路90内的各种部件互连在一起的电网络。
在图6的示例中,线圈Lsn可以与线圈Ln重叠(例如,线圈Lsn可以直接设置在线圈Ln上方或顶部,反之亦然)。类似地,线圈Lsp可以与线圈Lp重叠(例如,线圈Lsp可以直接设置在线圈Lp上方或顶部,反之亦然)。以这种方式重叠线圈以形成1:1阻抗变压器可以帮助减小尾部滤波器的电路面积。尾部线圈Lsn和Lsp可以耦接到解耦网络70,如虚线连接路径104示意性地例示的。滤波线圈Ln和Lp可以耦接到可调谐电容器Cs,如虚线连接路径106示意性地例示的。图6的示例仅是例示性的,其中尾部线圈Lsn和Lsp在互连堆叠102内设置在尾部滤波线圈Ln和Lp上方。在其他实施方案中,尾部线圈Lsn和Lsp可以在电介质堆叠中设置在尾部滤波线圈Ln和Lp下方。
图7是示出如何可以通过采用结合图1至图6描述的类型的基于变压器的尾部滤波器来改善相位噪声抑制的曲线图。曲线200、202和204可以表示与具有直接连接到尾部线圈的可调谐电容器的LC VCO相对应的相位噪声分布(即,如果电容器Cs具有直接连接到尾部节点Tn和Tp的相对端子)。具体地,曲线200对应于具有第一Ldecap值的LC VCO,曲线202对应于具有不同于第一Ldecap值的第二Ldecap值的LC VCO,并且曲线204对应于具有不同于第一Ldecap值和第二Ldecap值的第三Ldecap值的LC VCO。如图7中例示的,当可调谐电容具有第一值Cs1时,曲线200表现出最佳相位噪声抑制;当可调谐电容具有第二值Cs2时,曲线202表现出最佳相位噪声抑制;并且当可调谐电容具有第三值Cs3时,曲线204表现出最佳相位噪声抑制。换句话讲,曲线200、202和204在不同的可调谐电容Cs值下表现出最佳相位噪声抑制。当Ldecap值变化时Cs值的这种偏移可能导致需要过度设计LC VCO。
相比之下,曲线206、208和210可表示与具有结合图1至图6描述的类型的基于变压器的尾部滤波器的振荡器电路90(例如,可调谐电容器Cs经由一个或多个相应的1:1阻抗变压器感应耦接到互补尾部线圈)相对应的相位噪声分布。例如,曲线206可以对应于具有第一Ldecap值的振荡器电路90,曲线208可以对应于具有不同于第一Ldecap值的第二Ldecap值的振荡器电路90,并且曲线210可以对应于具有不同于第一Ldecap值和第二Ldecap值的第三Ldecap值的振荡器电路90。如图7中例示的,当可调谐电容具有相同的电容值Cs*时,各种分布206、208和210都表现出最佳相位噪声抑制。这可能是由于对Ldecap值的低谐振依赖性。使用一个Cs值来改变Ldecap值可以在尾部滤波器的设计中实现更大的灵活性和优化空间,这可以提高无线电路的相位噪声抑制能力。
以上结合图1至图7描述的方法和操作可由设备10的部件使用软件、固件和/或硬件(例如,专用电路或硬件)来执行。用于执行这些操作的软件代码可存储在非暂态计算机可读存储介质(例如,有形计算机可读存储介质)上,该非暂态计算机可读存储介质存储在设备10的部件中的一个或多个部件上(例如,图1的存储电路16和/或无线通信电路24)。该软件代码有时可被称为软件、数据、指令、程序指令或代码。非暂态计算机可读存储介质可包括驱动器、非易失性存储器诸如非易失性随机存取存储器(NVRAM)、可移动闪存驱动器或其他可移动介质、其他类型的随机存取存储器等。存储在非暂态计算机可读存储介质上的软件可由设备10的部件中的一个或多个部件上的处理电路(例如,无线通信电路24中的处理电路、图1的处理电路18等)来执行。处理电路可包括微处理器、应用处理器、数字信号处理器、中央处理单元(CPU)、具有处理电路的专用集成电路或其他处理电路。
根据一个实施方案,提供了一种电路,所述电路包括:一对n型晶体管,所述一对n型晶体管耦接到第一尾部节点;一对p型晶体管,所述一对p型晶体管耦接到第二尾部节点;负载电感器,所述负载电感器耦接在所述一对n型晶体管与所述一对p型晶体管之间;负载电容器,所述负载电容器耦接在所述一对n型晶体管与所述一对p型晶体管之间;可调谐电容器;和第一变压器,所述第一变压器耦接在所述第一尾部节点与所述可调谐电容器之间。
根据另一个实施方案,所述电路可选地包括第二变压器,所述第二变压器耦接在所述第二尾部节点与所述可调谐电容器之间。
根据另一个实施方案,所述第一变压器可选地包括第一尾部线圈,所述第一尾部线圈具有耦接到所述第一尾部节点的第一端子并且具有耦接到第一电源线路的第二端子。
根据另一个实施方案,所述第一变压器可选地包括第一滤波线圈,所述第一滤波线圈具有耦接到所述可调谐电容器的第一端子并且具有耦接到节点的第二端子。
根据另一个实施方案,所述第二变压器可选地包括第二尾部线圈,所述第二尾部线圈具有耦接到所述第二尾部节点的第一端子并且具有耦接到不同于所述第一电源线路的第二电源线路的第二端子。
根据另一个实施方案,所述第二变压器可选地包括第二滤波线圈,所述第二滤波线圈具有耦接到所述可调谐电容器的第一端子并且具有耦接到所述节点的第二端子。
根据另一个实施方案,所述第一尾部线圈和所述第一滤波线圈可选地相对于彼此竖直地形成在互连堆叠中,并且所述第二尾部线圈和所述第二滤波线圈可选地相对于彼此竖直地形成在所述互连堆叠中。
根据另一个实施方案,所述第一变压器可选地包括第一一比一阻抗变压器,并且所述第二变压器可选地包括第二一比一阻抗变压器。
根据另一个实施方案,所述可调谐电容器可选地包括多个可切换电容器电路。
根据另一个实施方案,所述多个可切换电容器电路中的至少一个可切换电容器电路可选地包括耦接在一对电容器之间的开关。
根据一个实施方案,提供了一种被配置为输出振荡信号的振荡器电路,所述振荡器电路包括:第一对交叉耦接晶体管;第二对交叉耦接晶体管;负载电感器,所述负载电感器耦接到所述第一对交叉耦接晶体管和所述第二对交叉耦接晶体管;负载电容器,所述负载电容器耦接到所述第一对交叉耦接晶体管和所述第二对交叉耦接晶体管;和基于变压器的尾部滤波器,所述基于变压器的尾部滤波器耦接在所述第一对交叉耦接晶体管与所述第二对交叉耦接晶体管之间。
根据另一个实施方案,所述第一对交叉耦接晶体管可选地包括一对交叉耦接n型晶体管,并且所述第二对交叉耦接晶体管可选地包括一对交叉耦接p型晶体管。
根据另一个实施方案,所述基于变压器的尾部滤波器可选地包括:第一尾部线圈,所述第一尾部线圈耦接到所述第一对交叉耦接晶体管;和第二尾部线圈,所述第二尾部线圈耦接到所述第二对交叉耦接晶体管。
根据另一个实施方案,所述基于变压器的尾部滤波器可选地包括:第一滤波线圈,所述第一滤波线圈感应耦接到所述第一尾部线圈;和第二滤波线圈,所述第二滤波线圈感应耦接到所述第二尾部线圈。
根据另一个实施方案,所述基于变压器的尾部滤波器可选地包括可调谐电容器,所述可调谐电容器具有耦接到所述第一滤波线圈的第一端子并且具有耦接到所述第二滤波线圈的第二端子。
根据一个实施方案,提供了一种振荡器电路,所述振荡器电路包括:第一n型晶体管,所述第一n型晶体管具有耦接到第一尾部节点的源极端子并且具有耦接到第一输出端子的漏极端子;第二n型晶体管,所述第二n型晶体管具有耦接到所述第一尾部节点的源极端子并且具有耦接到第二输出端子的漏极端子;第一p型晶体管,所述第一p型晶体管具有耦接到第二尾部节点的源极端子并且具有耦接到所述第一输出端子的漏极端子;第二p型晶体管,所述第二p型晶体管具有耦接到所述第二尾部节点的源极端子并且具有耦接到所述第二输出端子的漏极端子;第一尾部线圈,所述第一尾部线圈具有耦接到所述第一尾部节点的第一端子并且具有耦接到第一电源线路的第二端子;和第一滤波线圈,所述第一滤波线圈感应耦接到所述第一尾部线圈。
根据另一个实施方案,所述振荡器电路可选地包括:负载电感器,所述负载电感器耦接在所述第一输出端子和所述第二输出端子之间;和负载电容器,所述负载电容器耦接在所述第一输出端子和所述第二输出端子之间。
根据另一个实施方案,所述振荡器电路可选地包括:第二尾部线圈,所述第二尾部线圈具有耦接到所述第二尾部节点的第一端子并且具有耦接到不同于所述第一电源线路的第二电源线路的第二端子;和第二滤波线圈,所述第二滤波线圈感应耦接到所述第二尾部线圈。
根据另一个实施方案,所述振荡器电路可选地包括可调谐电容器,所述可调谐电容器具有耦接到所述第一滤波线圈的第一端子并且具有耦接到所述第二滤波线圈的第二端子。
根据另一个实施方案,所述第一滤波线圈和所述第二滤波线圈可选地在被配置为交流(AC)接地节点的节点处耦接在一起。
前述内容为例示性的并且可对所描述的实施方案作出各种修改。前述实施方案可单独地或以任何组合的方式实现。
众所周知,使用个人可标识信息应遵循公认为满足或超过维护用户隐私的行业或政府要求的隐私政策和做法。具体地,应当管理和处理个人可标识信息数据,以使无意或未经授权的访问或使用的风险最小化,并应当向用户明确说明授权使用的性质。
Claims (20)
1.一种电路,所述电路包括:
一对n型晶体管,所述一对n型晶体管耦接到第一尾部节点;
一对p型晶体管,所述一对p型晶体管耦接到第二尾部节点;
负载电感器,所述负载电感器耦接在所述一对n型晶体管与所述一对p型晶体管之间;
负载电容器,所述负载电容器耦接在所述一对n型晶体管与所述一对p型晶体管之间;
可调谐电容器;以及
第一变压器,所述第一变压器耦接在所述第一尾部节点与所述可调谐电容器之间。
2.根据权利要求1所述的电路,所述电路还包括:
第二变压器,所述第二变压器耦接在所述第二尾部节点与所述可调谐电容器之间。
3.根据权利要求2所述的电路,其中所述第一变压器包括:
第一尾部线圈,所述第一尾部线圈具有耦接到所述第一尾部节点的第一端子并且具有耦接到第一电源线路的第二端子。
4.根据权利要求3所述的电路,其中所述第一变压器还包括:
第一滤波线圈,所述第一滤波线圈具有耦接到所述可调谐电容器的第一端子并且具有耦接到节点的第二端子。
5.根据权利要求4所述的电路,其中所述第二变压器包括:
第二尾部线圈,所述第二尾部线圈具有耦接到所述第二尾部节点的第一端子并且具有耦接到不同于所述第一电源线路的第二电源线路的第二端子。
6.根据权利要求5所述的电路,其中所述第二变压器还包括:
第二滤波线圈,所述第二滤波线圈具有耦接到所述可调谐电容器的第一端子并且具有耦接到所述节点的第二端子。
7.根据权利要求6所述的电路,其中:
所述第一尾部线圈和所述第一滤波线圈相对于彼此竖直地形成在互连堆叠中;以及
所述第二尾部线圈和所述第二滤波线圈相对于彼此竖直地形成在所述互连堆叠中。
8.根据权利要求2述的电路,其中:
所述第一变压器包括第一一比一阻抗变压器;以及
所述第二变压器包括第二一比一阻抗变压器。
9.根据权利要求1所述的电路,其中所述可调谐电容器还包括多个可切换电容器电路。
10.根据权利要求9所述的电路,其中所述多个可切换电容器电路中的至少一个可切换电容器电路包括耦接在一对电容器之间的开关。
11.一种被配置为输出振荡信号的振荡器电路,所述振荡器电路包括:
第一对交叉耦接晶体管;
第二对交叉耦接晶体管;
负载电感器,所述负载电感器耦接到所述第一对交叉耦接晶体管和所述第二对交叉耦接晶体管;
负载电容器,所述负载电容器耦接到所述第一对交叉耦接晶体管和所述第二对交叉耦接晶体管;以及
基于变压器的尾部滤波器,所述基于变压器的尾部滤波器耦接在所述第一对交叉耦接晶体管与所述第二对交叉耦接晶体管之间。
12.根据权利要求11所述的振荡器电路,其中:
所述第一对交叉耦接晶体管包括一对交叉耦接n型晶体管;以及
所述第二对交叉耦接晶体管包括一对交叉耦接p型晶体管。
13.根据权利要求11所述的振荡器电路,其中所述基于变压器的尾部滤波器包括:
第一尾部线圈,所述第一尾部线圈耦接到所述第一对交叉耦接晶体管;以及
第二尾部线圈,所述第二尾部线圈耦接到所述第二对交叉耦接晶体管。
14.根据权利要求13所述的振荡器电路,其中所述基于变压器的尾部滤波器还包括:
第一滤波线圈,所述第一滤波线圈感应耦接到所述第一尾部线圈;以及
第二滤波线圈,所述第二滤波线圈感应耦接到所述第二尾部线圈。
15.根据权利要求14所述的振荡器电路,其中所述基于变压器的尾部滤波器还包括:
可调谐电容器,所述可调谐电容器具有耦接到所述第一滤波线圈的第一端子并且具有耦接到所述第二滤波线圈的第二端子。
16.一种振荡器电路,所述振荡器电路包括:
第一n型晶体管,所述第一n型晶体管具有耦接到第一尾部节点的源极端子并且具有耦接到第一输出端子的漏极端子;
第二n型晶体管,所述第二n型晶体管具有耦接到所述第一尾部节点的源极端子并且具有耦接到第二输出端子的漏极端子;
第一p型晶体管,所述第一p型晶体管具有耦接到第二尾部节点的源极端子并且具有耦接到所述第一输出端子的漏极端子;
第二p型晶体管,所述第二p型晶体管具有耦接到所述第二尾部节点的源极端子并且具有耦接到所述第二输出端子的漏极端子;
第一尾部线圈,所述第一尾部线圈具有耦接到所述第一尾部节点的第一端子并且具有耦接到第一电源线路的第二端子;以及
第一滤波线圈,所述第一滤波线圈感应耦接到所述第一尾部线圈。
17.根据权利要求16所述的振荡器电路,所述振荡器电路还包括:
负载电感器,所述负载电感器耦接在所述第一输出端子和所述第二输出端子之间;以及
负载电容器,所述负载电容器耦接在所述第一输出端子和所述第二输出端子之间。
18.根据权利要求16所述的振荡器电路,所述振荡器电路还包括:
第二尾部线圈,所述第二尾部线圈具有耦接到所述第二尾部节点的第一端子并且具有耦接到不同于所述第一电源线路的第二电源线路的第二端子;以及
第二滤波线圈,所述第二滤波线圈感应耦接到所述第二尾部线圈。
19.根据权利要求18所述的振荡器电路,所述振荡器电路还包括:
可调谐电容器,所述可调谐电容器具有耦接到所述第一滤波线圈的第一端子并且具有耦接到所述第二滤波线圈的第二端子。
20.根据权利要求18所述的振荡器电路,其中所述第一滤波线圈和所述第二滤波线圈在被配置为交流(AC)接地节点的节点处耦接在一起。
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