用于壓控振蕩器的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】根據(jù)實(shí)施例，壓控振蕩器(VCO)包括：具有多個(gè)晶體管的VCO核；耦合在VCO核的集電極端子與第一供電節(jié)點(diǎn)之間的偏壓電阻器；以及耦合至VCO核的發(fā)射極端子的變?nèi)蓦娐贰Ｆ珘弘娮杵鞅慌渲贸上拗芕CO核的自給偏壓條件。
【專利說(shuō)明】用于壓控振蕩器的系統(tǒng)和方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開(kāi)內(nèi)容總體上涉及電子設(shè)備，更具體地涉及用于壓控振蕩器（VC0)的系統(tǒng)和 方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 由于低成本半導(dǎo)體技術(shù)諸如硅鍺（SiGe)和好的幾何學(xué)互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體 (CMOS)處理的快速發(fā)展，毫米波頻率區(qū)域中的應(yīng)用在過(guò)去的幾年已經(jīng)獲得了顯著的興 趣。高速雙極性晶體管和金屬氧化物半導(dǎo)體（M0S)晶體管的可用性已經(jīng)產(chǎn)生了對(duì)于用于 60GHz、77GHz和80GHz以及超過(guò)100GHz毫米波應(yīng)用的集成電路的不斷增長(zhǎng)的需求。這樣的 應(yīng)用包括例如汽車?yán)走_(dá)和多千兆通信系統(tǒng)。
[0003] 在一些雷達(dá)系統(tǒng)中，雷達(dá)與目標(biāo)之間的距離通過(guò)以下操作來(lái)確定：發(fā)送頻率調(diào)制 信號(hào)、接收頻率調(diào)制信號(hào)的反射以及基于頻率調(diào)制信號(hào)的發(fā)射和接收之間的時(shí)間延遲和/ 或頻率差來(lái)確定距離。雷達(dá)系統(tǒng)的分辨率、精度和靈敏度可以部分依賴于雷達(dá)的頻率發(fā)生 電路的相位噪聲性能和頻率捷變，這通常包括RF振蕩器和控制RF振蕩器的頻率的電路。
[0004] 然而，隨著RF系統(tǒng)的操作頻率繼續(xù)增加，這樣的高頻率的信號(hào)的生成造成主要的 挑戰(zhàn)。以高頻率操作的振蕩器可能遭遇由包括VC0的設(shè)備中的1/f和終端噪聲產(chǎn)生的差的 相位噪聲性能。相位噪聲還可能受到影響VC0的增益和調(diào)諧特性的自給偏壓條件的非線性 效應(yīng)的損害。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 根據(jù)實(shí)施例，壓控振蕩器（VC0)包括：具有多個(gè)晶體管的VC0核；耦合在VC0核的 集電極端子與第一供電節(jié)點(diǎn)之間的偏壓電阻器；以及耦合至VC0核的發(fā)射極端子的變?nèi)蓦?路。偏壓電阻器被配置成限制VC0核的自給偏壓條件。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0006] 為了更全面地理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在參考結(jié)合附圖給出的以下描述，附圖 中：
[0007] 圖la至圖Id圖示示例汽車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的操作、傳統(tǒng)VC0的圖解以及傳統(tǒng)VC0的性 能；
[0008] 圖2a至圖2b圖示實(shí)施例VC0的圖解；
[0009] 圖3a至圖3f圖示實(shí)施例VC0的執(zhí)行結(jié)果；
[0010] 圖4圖示實(shí)施例方法的框圖；以及
[0011] 圖5圖示實(shí)施例雷達(dá)系統(tǒng)。
[0012] 不同附圖中的對(duì)應(yīng)的附圖標(biāo)記和符號(hào)總體上指代對(duì)應(yīng)的部分，除非另外指出。繪 制這些附圖以清楚地圖示優(yōu)選實(shí)施方式的相關(guān)方面，附圖并非必須按比例繪制。為了更清 楚地圖示某些實(shí)施例，指示相同的結(jié)構(gòu)、材料或處理步驟的變型的文字可以跟隨附圖編號(hào)。

【具體實(shí)施方式】
[0013] 下面詳細(xì)討論當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施例的產(chǎn)生和使用。然而，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明提供很多可 以在各種具體情境下實(shí)施的可適用發(fā)明概念。所討論的具體實(shí)施例僅說(shuō)明用于產(chǎn)生和使用 本發(fā)明的具體的方式，而不限制本發(fā)明的范圍。
[0014] 將在具體情境、系統(tǒng)和用于雷達(dá)系統(tǒng)諸如汽車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的方法中關(guān)于優(yōu)選實(shí)施例 描述本發(fā)明。本發(fā)明還可以應(yīng)用于使用RF振蕩器的其他系統(tǒng)和應(yīng)用，諸如普通雷達(dá)系統(tǒng)和 無(wú)線通信系統(tǒng)。
[0015] 在本發(fā)明的實(shí)施例中，低相位噪聲VC0在操作期間利用反饋電阻器來(lái)限制自給偏 壓的作用。對(duì)自給偏壓的這一限制也減輕了在VC0的操作期間由變?nèi)萜鞯恼{(diào)制產(chǎn)生的變?nèi)?器調(diào)諧特性的失真，從而防止可能增加頻率生成系統(tǒng)諸如鎖相環(huán)（PLL)內(nèi)的相位噪聲或者 減小相同PLL的鎖定范圍的不期望的VC0增益變化。此外，相位噪聲抑制可以通過(guò)使VC0 核的諧波與變?nèi)萜魅ヱ詈蟻?lái)實(shí)現(xiàn)。
[0016] 圖la圖示其中汽車具有汽車?yán)走_(dá)系統(tǒng)104的示例汽車?yán)走_(dá)場(chǎng)景100。汽車?yán)走_(dá) 系統(tǒng)104發(fā)送和接收例如頻率調(diào)制連續(xù)波（FMCW)信號(hào)，并且檢測(cè)這一發(fā)送信號(hào)的反射以便 確定汽車?yán)走_(dá)系統(tǒng)104與道路上的其他車輛或物體之間的距離。在圖示場(chǎng)景中，大型車輛 106諸如卡車與小型車輛108諸如摩托車相比更靠近汽車102。在正常操作狀態(tài)下，大型車 輛106的回波或者反射與小型車輛108的反射相比可能具有較高幅度，因?yàn)榇笮蛙囕v106 與小型車輛108相比更大而且更近。
[0017] 圖lb圖示圖la的場(chǎng)景的接收信號(hào)電平相對(duì)接收頻率之間的關(guān)系的曲線圖120。 信號(hào)電平相對(duì)頻率曲線122與來(lái)自大型車輛106的接收反射對(duì)應(yīng)，并且信號(hào)電平峰值130 的頻率fl與汽車?yán)走_(dá)系統(tǒng)104和大型車輛106之間的距離對(duì)應(yīng)。類似地，信號(hào)電平相對(duì)頻 率曲線126與來(lái)自小型車輛108的接收反射對(duì)應(yīng)，并且信號(hào)電平峰值132的頻率F2與汽車 雷達(dá)系統(tǒng)104和小型車輛108之間的距離對(duì)應(yīng)。因此，大型車輛106與小型車輛108之間 的距離與頻率F1與F2之間的間隔成比例。
[0018] 連同期望輸出信號(hào)，雷達(dá)發(fā)射機(jī)的相位噪聲也被發(fā)送和反射。從大型車輛106反 射的相位噪聲被表示為虛線124。如在曲線圖120中可見(jiàn)，相位噪聲124影響雷達(dá)接收從小 型車輛108反射的信號(hào)的能力。由于小型車輛108而產(chǎn)生的信號(hào)電平峰值132與由于從大 型車輛106反射的相位噪聲而產(chǎn)生的對(duì)應(yīng)本底噪聲之間的信噪比被表示為長(zhǎng)度134。從圖 1B的圖可見(jiàn)，相位噪聲影響汽車?yán)走_(dá)系統(tǒng)104辨別小的和遠(yuǎn)處的物體的能力。雷達(dá)發(fā)射機(jī) 的相位噪聲越大，雷達(dá)系統(tǒng)辨別小的和遠(yuǎn)處的物體的能力越小。
[0019] 圖lc圖示根據(jù)"推-推"架構(gòu)的傳統(tǒng)的VC0150。VC0包括具有晶體管153和電感 器154的VC0核151、匹配網(wǎng)絡(luò)152、變?nèi)萜?58和電流源160。晶體管153根據(jù)偏壓電壓 Vbias被偏壓，并且變?nèi)萜?58的電容值根據(jù)調(diào)諧電壓Vtune被調(diào)諧。VC0150的振蕩頻率近似 為：

【權(quán)利要求】
1. 一種壓控振蕩器（VCO)，包括： VCO核，所述VCO核包括多個(gè)晶體管； 偏壓電阻器，所述偏壓電阻器耦合在所述VCO核的集電極端子與第一供電節(jié)點(diǎn)之間， 其中所述偏壓電阻器被配置成限制所述VCO核的自給偏壓條件；以及 變?nèi)蓦娐?，所述變?nèi)蓦娐否詈现了鯲CO核的發(fā)射極端子。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的VC0,其中所述變?nèi)蓦娐钒ǎ?第一電容器，所述第一電容器具有耦合至所述VCO核的發(fā)射極節(jié)點(diǎn)的第一端子； 第一傳輸線元件，所述第一傳輸線元件具有耦合至所述第一電容器的第二端子的第一 端子； 第一變?nèi)荻O管，所述第一變?nèi)荻O管具有耦合至所述第一傳輸線的第二端子的第一 端子以及耦合至調(diào)諧節(jié)點(diǎn)的第二端子；以及 RF扼流電路，所述RF扼流電路耦合在所述第一電容器的第二端子與第二參考節(jié)點(diǎn)之 間。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的VC0,其中： 所述第一傳輸線包括至少100 μ m的長(zhǎng)度；以及 所述RF扼流電路在所述VCO的操作頻率的大約兩倍處具有四分之一波長(zhǎng)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的VC0,其中所述第一傳輸線和所述RF扼流形成感應(yīng)分壓器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的VC0,還包括： 第四傳輸線元件，所述第四傳輸線元件耦合在所述調(diào)諧節(jié)點(diǎn)與輸入調(diào)諧端子之間； 第三電容器，所述第三電容器耦合在所述輸入調(diào)諧端子與所述第二參考節(jié)點(diǎn)之間； 第五傳輸線元件，所述第五傳輸線元件耦合在所述VCO核的基極偏壓節(jié)點(diǎn)與偏壓電路 的輸出節(jié)點(diǎn)之間；以及 第四電容器，所述第四電容器耦合在所述偏壓電路的所述輸出節(jié)點(diǎn)與所述第二參考節(jié) 點(diǎn)之間。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的VC0,其中： 所述第四傳輸線元件在所述VCO的操作頻率的大約四倍處具有四分之一波長(zhǎng)；以及 所述第五傳輸線元件在所述VCO的所述操作頻率的大約四倍處具有四分之一波長(zhǎng)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的VC0,其中所述RF扼流電路包括： 第二傳輸線元件，所述第二傳輸線元件具有耦合至所述第一傳輸線元件的所述第一端 子的第一端子； 第三傳輸線元件，所述第三傳輸線元件具有耦合至所述第二傳輸線元件的第二端子的 第一節(jié)點(diǎn)；以及 第二電容器，所述第二電容器耦合在所述第一傳輸線的第一節(jié)點(diǎn)與所述第二參考節(jié)點(diǎn) 之間。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的VC0,其中所述VCO包括耦合至所述VCO核的所述發(fā)射極端 子的輸出節(jié)點(diǎn)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的VC0,其中所述VCO包括在大約IOGHz至大約30GHz之間的 操作頻率。
10. -種壓控振蕩器（VCO)，包括： VCO核，所述VCO核包括多個(gè)晶體管；以及 變?nèi)蓦娐?，所述變?nèi)蓦娐否詈现了鯲CO核的發(fā)射極端子，其中所述變?nèi)蓦娐钒ǎ? 第一電容器，所述第一電容器具有耦合至所述VCO核的發(fā)射極節(jié)點(diǎn)的第一端子， 第一傳輸線元件，所述第一傳輸線元件具有耦合至所述第一電容器的第二端子的第一 端子， 第一變?nèi)荻O管，所述第一變?nèi)荻O管具有耦合至所述第一傳輸線的第二端子的第一 端子以及耦合至調(diào)諧節(jié)點(diǎn)的第二端子，以及 RF扼流電路，所述RF扼流電路耦合在所述第一電容器的第二端子與第二參考節(jié)點(diǎn)之 間。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的VC0,其中所述RF扼流電路包括： 第二傳輸線元件，所述第二傳輸線元件具有耦合至所述第一傳輸線元件的所述第一端 子的第一端子， 第三傳輸線元件，所述第三傳輸線元件具有耦合至所述第二傳輸線元件的第二端子的 第一節(jié)點(diǎn)，以及 第二電容器，所述第二電容器耦合在所述第一傳輸線的第一節(jié)點(diǎn)與第二參考節(jié)點(diǎn)之 間。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的VC0,其中所述第一傳輸線包括至少100 μ m的長(zhǎng)度。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的VC0,其中所述第一傳輸線元件和所述RF扼流形成感應(yīng)分 壓器。
14. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的VC0,其中所述RF扼流電路在所述VCO的操作頻率的大約 兩倍處具有四分之一波長(zhǎng)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的VC0,還包括耦合在所述VCO核的公共供電節(jié)點(diǎn)與所述VCO 的電源輸入端子之間的電阻器。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的VC0,其中所述電阻器具有在大約1歐姆至大約20歐姆之 間的電阻值。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的VC0,還包括第四傳輸線元件，所述第四傳輸線元件耦合在 所述電源輸入端子與所述電阻器之間，其中所述第四傳輸線元件在所述VCO的操作頻率的 大約兩倍處具有四分之一波長(zhǎng)。
18. -種操作壓控振蕩器（VCO)的方法，所述方法包括： 經(jīng)由耦合至VCO核的集電極端子的電阻器向所述VCO核施加供電電壓；以及 經(jīng)由所述電阻器限制所述VCO核的自給偏壓條件；以及 調(diào)諧所述VC0,包括向耦合至所述VCO核的發(fā)射極端子的變?nèi)蓦娐肥┘诱{(diào)諧電壓。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，還包括： 使用第一傳輸線元件在調(diào)諧節(jié)點(diǎn)與所述VCO核的所述發(fā)射極端子之間提供在所述VCO 的振蕩頻率處的信號(hào)通路；以及 經(jīng)由耦合在所述VCO核的所述發(fā)射極端子與參考節(jié)點(diǎn)之間的RF扼流電路來(lái)將所述VCO 的諧波耦合至所述參考節(jié)點(diǎn)。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述RF扼流在所述VCO的振蕩頻率的大約兩倍 處具有四分之一波長(zhǎng)。
21. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，還包括：使用耦合在所述VCO的調(diào)諧端子與所述調(diào) 諧節(jié)點(diǎn)之間的第二傳輸線元件來(lái)對(duì)所述調(diào)諧節(jié)點(diǎn)濾波。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述第二傳輸線元件在所述VCO的振蕩頻率的 大約四倍處具有四分之一波長(zhǎng)。
【文檔編號(hào)】H03L7/099GK104518788SQ201410510174
【公開(kāi)日】2015年4月15日 申請(qǐng)日期:2014年9月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月30日
【發(fā)明者】S·特羅塔 申請(qǐng)人:英飛凌科技股份有限公司