專利名稱：自校準的恒定增益可調振蕩器的制作方法
技術領域：
本發明涉及可調振蕩器，并且尤其涉及可調振蕩器自校準以便在寬調諧范圍內生成恒定增益。
背景技術：
當采用頻率合成器時，壓控振蕩器(VCO)常常用作鎖相環(PLL)的頻率源。然而，很難使PLL在寬調諧范圍(例如從500MHz到1GHz)內穩定以便鎖定外部信號。由于CMOS加工過程的工藝和溫度變化，所以浪費了環電容(用于向VCO提供電壓輸入)上的大部分動態范圍。環電容所要求的電壓可以在諸如C11(0.12微米)和L90(0.09微米)加工過程中確定的工藝和溫度下達到很高等級，其可能導致嚴重的泄漏問題。
想要的是一種諸如VCO之類的可調振蕩器，其在寬頻范圍上具有相對恒定的增益，并且不受電源、工藝和溫度變化的影響。

發明內容
本發明結合電流控制振蕩器利用電壓-電流轉換器來形成VCO。電壓-電流轉換器的增益隨電流控制振蕩器的增益而變化以便形成具有整個恒定增益的VCO。利用這種恒定的VCO增益，更容易使PLL在寬頻率調諧范圍內穩定。此外，可以在任何條件下獲得最大的動態范圍，并改進VCO的抖動性能。而且，用于環電容的電壓范圍是意義明確的，這有助于在使用諸如單門q電容器之類的電容器時避免泄漏問題。其防止當使用C11或L90工藝時，環電容上的電壓到達較高值。
本發明提供一種可調振蕩器。其中電壓-電流轉換器接收來自鎖相環的電壓作為輸入并且輸出第一電流。電流控制振蕩器接收所述第一電流并且輸出響應于電壓的頻率。第二電流被輸入到電流控制振蕩器中以便調整所述電流控制振蕩器的增益。第三電流被輸入到電壓-電流轉換器中以便調整所述第一電流和所述電壓-電流轉換器的增益。使用兩階段預校準方法來設置第二和第三電流值。在預校準期間，控制電路調整繼而設置第二和第三電流，以便輸出頻率在電壓范圍上跨越由鎖相環所要求的鎖定頻率范圍，所述電壓范圍跨越所述鎖相環的環電容(loop capacitor)的電壓限度(tolerance)。
一般地說，本發明提供一種可調振蕩器，其包括電壓-電流轉換器，所述電壓-電流轉換器具有用于接收來自鎖相環的電壓的輸入端和用于輸出根據所述電壓而轉換的第一電流的輸出端。電流控制振蕩器具有用于接收所述第一電流的輸入端和響應于所述電壓而輸出一輸出頻率的輸出端。第二電流被輸入到電流控制振蕩器中以便調整所述電流控制振蕩器的增益。第三電流被輸入到電壓-電流轉換器中以便調整所述第一電流和所述電壓-電流轉換器的增益。控制電路調整所述第二和第三電流，以便所述輸出頻率跨越由鎖相環所要求的鎖定頻率范圍。
用于校準可調振蕩器的方法包括步驟向電壓-電流轉換器提供第一電壓以便根據電壓-電流轉換器生成第一控制電流；向電流控制振蕩器提供所述第一控制電流以便生成第一頻率；將所述第一頻率與由鎖相環所要求的鎖定頻率范圍的較低頻率相比較；調整輸入到所述電流控制振蕩器中的第一校準電流以便把第一頻率調整為接近于較低頻率；向電壓-電流轉換器提供第二電壓以便根據所述電壓-電流轉換器生成第二控制電流；向所述電流控制振蕩器提供所述第二控制電流以便生成第二頻率；把所述第二頻率與由鎖相環所要求的鎖定頻率范圍的較高頻率相比較；并且調整輸入到所述電壓-電流轉換器中的校準電流以便把第二頻率調整為接近于較高頻率。


現在僅為示例，將參考下列附圖來描述本發明進一步的優選特征，其中圖1表示本發明的可調振蕩器的自校準設置。
圖2是按照由圖1的可調振蕩器使用的自校準方法而生成的線性增益的示例圖。
圖3表示在操作期間使用本發明的方法來校準的可調振蕩器。
圖4是表示校準方法的流程圖。
具體實施例方式
圖1表示本發明的可調振蕩器101的自校準設置。首先執行預校準，全差動電壓-電流(V/I)轉換器107具有用于接收來自鎖相環的電壓的輸入端。在可調振蕩器的正常操作期間，由鎖相環(PLL)中的環電容104提供電壓。環電容104上的電壓變化與自電流控制振蕩器109和外部頻率源輸出的頻率之間的相位或頻率差成比例。依照電流控制振蕩器109的頻率除以分頻器系數N(Fosc/N)后和外部基準頻率之間的相位差，通過調諧電容器上的電壓來把電流控制振蕩器109的頻率鎖到外部頻率源上。
在預校準期間，從環電容104到電壓-電流轉換器107的輸出電壓被替換為來自電壓基準(Voltage Reference)源103的基準電壓Vref 105。電壓-電流轉換器107把Vref 105轉換為第一電流或控制電流108。控制電流108輸入電流控制振蕩器109并且作為輸出頻率Fosc 111輸出。從而，輸出頻率Fosc 111響應所述Vref 105。
把Fosc 111提供給頻率檢測器113，所述頻率檢測器113接著輸出用于表示頻率(Freq 115)數值的信號，Freq 115被送到數字控制塊117。
數字控制塊117輸出N位二進制控制代碼D1 119和D2 121以便控制數字控制的電流基準123。優選地是，PTAT電流基準被用作電流基準123是為了補償CCO109的溫度變化。N位二進制控制代碼D1 119和D2 121可以由數字電路生成。
響應于所述N位二進制控制代碼D1 119，數字控制的電流基準123提供了第一基準電流Iref1(第二電流)125。響應于所述N位二進制控制代碼D2 121，數字控制的電流基準123提供了第二基準電流Iref2(第三電流)127。Iref1 125被輸入到電流控制振蕩器109中以便調整所述電流控制振蕩器125的增益。Iref2 127被輸入到電壓-電流轉換器107中以便通過調整電壓-電流轉換器107的增益來調整控制電流108。Iref2 127是電壓-電流轉換器107的尾電流，并設置可以由電壓-電流轉換器107提供的控制電流108的最大值。
預校準方法可以包括兩個階段。圖2是按照兩階段自校準方法而生成的線性增益的示例圖。首先，電壓基準103被設置為提供基準電壓105，所述基準電壓105具有近似等于電容器104的較低的設計電壓限度(圖中的Vmin)值。對輸入到電流控制振蕩器109中的Iref1 125進行調整，以便在Vmin，把輸出頻率109固定為由鎖相環所要求的鎖定頻率范圍的較低頻率(圖中的Fmin)。接下來，電壓基準103被設置為提供基準電壓105，所述基準電壓105具有近似等于電容器104的較高的設計電壓限度(圖中的Vmax)值。對輸入到電壓-電流轉換器107中的Iref2 127進行調整，以便在Vmax，把輸出頻率109固定為由鎖相環所要求的鎖定頻率范圍的較高頻率(圖中的Fmax)。結果是可調振蕩器101可以輸出跨越由所述鎖相環(PLL)所要求的整個鎖定頻率范圍的頻率，同時保持電容器104兩端的電壓在設計的限度范圍內。
圖4是更為詳細地舉例說明兩階段校準方法的流程圖。在所述方法的第一階段，在步驟401，電壓基準103被設置為提供具有如圖2中的值Vmin(接近于環電容104的最小設計值)的基準電壓105。此外，N位二進制控制代碼D1被設置為初始的缺省值D0。D0可以是任何值，但是通常被選為給定電路的中間值。此D0將生成初始的電流控制振蕩器頻率Freq0。為了使校準過程更快，希望把D1調整為這樣的值，所述值將把初始頻率Freq0調整為更接近于如上所述的目標值Fmin的頻率。因此在步驟403，使用初始頻率Freq0對初始值D1(即D0)執行線性近似。此線性近似方程式為D1＝D0*Fmin/Freq0。此新的線性近似D1 119生成初始默認值Iref1 125。所述Iref1 125的值對Fosc111進行調整以便使其具有比Freq0的初始頻率更接近于Fmin的值Freq1。在第一階段期間Iref2 127被設為零，然后頻率檢測器113檢測Fosc 111的頻率并且確定頻率值Freq 115，所述Freq 115被送到數字控制塊117。
在步驟405、407和411，控制塊117把Freq 115與由鎖相環所要求的鎖定頻率范圍的較低頻率(圖中的Fmin)相比較。當Freq 115低于Fmin時，在步驟409控制代碼D1 119減一以便降低Iref1 125。當Freq 115高于Fmin時，在步驟413控制代碼加一以便增加Iref1 125。可以重復地增加和/或減少D1 119直到確定D1 119，所述D1 119產生用于生成近似等于Fmin的Freq 115的Iref1 125。在此，D1 119的值被鎖存(在該點D1被認為是Doptimized1)并且保持恒定以便生成電流Ioptimized1。一旦發現此D1 119，所述方法移到第二階段。
在所述方法的第二階段，在步驟415，電壓基準103被設置為提供具有如圖2中的值Vmax(接近于環電容104的最大設計值)的基準電壓105。此外，N位二進制控制代碼D2 121被設置為缺省值D0。在步驟417，使用線性近似方程式D2＝D0*Fmax/Freq0，把D2 121從其初始值D0調整為根據初始頻率Freq0所確定的值。此D2 121生成Iref2127值。在第一階段期間通過把值D1 119鎖存在Doptimized1來設置電流Iref1 127。這導致Fosc 111具有值Freq1。然后頻率檢測器113檢測Fosc 111的頻率并且確定頻率值Freq 115，所述Freq 115被送到數字控制塊117。
在步驟419、421和425，控制塊117把Freq 115與由鎖相環所要求的鎖定頻率范圍的較高頻率(圖中的Fmax)相比較。當Freq 115比Fmax高時，在步驟423控制代碼D2 121減一以便降低Iref2 127。當Freq 115低于Fmax時，在步驟427控制代碼加一以便增加Iref2 127。可以重復地增加和/或減少D2 121直到確定D2 121，所述D2 121產生用于生成近似等于Fmax的Freq 115的Iref2 127。一旦發現此D2 121，值D2 121被鎖存(在此點D2被認為是Doptimized2)，以便生成電流Ioptimized2并且保持恒定。
圖3表示使用本發明的方法進行校準的圖1可調振蕩器101的操作配置301。鎖相環的環電容104連接到電壓-電流轉換器107。N位二進制控制代碼119、121被分別鎖存到Doptimized1和Doptimized2。恒定電流Ioptimized1被送到CCO 109并且確定所述CCO 109的最小振蕩頻率。偏置電流Ioptimized2被送到電壓-電流轉換器107以便使環電容104的動態范圍最大化，降低VCO的靈敏度，并且改進抖動性能和環穩定性，從而改進工藝容差。在圖2中例示了所產生的、在從最小電容器電壓到最大電容器電壓的整個PLL頻率范圍內具有線性增益的可調振蕩器(VCO)的性能。
在所示意的實施例中，其它組合和修改也是可以的。例如，先不確定Ioptimized1，可以先確定Ioptimized2，然后再確定Ioptimized1。因此，盡管上面已經使用特定實施例描述了本發明，然而對本領域技術人員來說顯而易見的是，在權利要求的范圍內可以進行許多變化。
權利要求
1.一種可調振蕩器，包括電壓-電流轉換器，其具有用于接收來自鎖相環的電壓的輸入端和用于輸出根據所述電壓而轉換的第一電流的輸出端；電流控制振蕩器，其具有用于接收所述第一電流的輸入端和用于輸出響應于所述電壓的輸出頻率的輸出端；第二電流，其被輸入到電流控制振蕩器中以便調整所述電流控制振蕩器的增益；第三電流，其被輸入到電壓-電流轉換器中以便調整所述第一電流和所述電壓-電流轉換器的增益；以及控制電路，其用于調整所述第二和第三電流，以便所述輸出頻率跨越由鎖相環所要求的鎖定頻率范圍。
2.如權利要求1所述的可調振蕩器，其中來自鎖相環的電壓由電容器提供，并且所述控制電路調整第二和第三電流，以便當來自所述電容器的電壓在所述電容器的設計限度內的電壓范圍內改變時，其輸出頻率跨越由所述鎖相環所要求的鎖定頻率范圍。
3.如權利要求1所述的可調振蕩器，其中由所述控制電路獨立地調整第二和第三電流。
4.如權利要求1所述的可調振蕩器，其中所述控制電路基于把輸出頻率與由鎖相環所要求的鎖定頻率范圍的最小和最大頻率進行比較，來調整第二和第三電流。
5.如權利要求1所述的可調振蕩器，其中所述控制電路基于把輸出頻率與由鎖相環所要求的鎖定頻率范圍的最小頻率進行比較，來調整第二電流。
6.如權利要求1所述的可調振蕩器，其中所述控制電路基于把輸出頻率與由鎖相環所要求的鎖定頻率范圍的最大頻率進行比較，來調整第三電流。
7.如權利要求2所述的可調振蕩器，還包括在預校準階段期間使用的至少一個電壓基準源，用于a)向可調振蕩器提供具有近似等于電容器的較低設計電壓限度值的第一電壓，所述控制電路基于此來調整第二電流以便輸出頻率接近于由鎖相環所要求的鎖定頻率范圍的較低頻率，以及b)向可調振蕩器提供具有近似等于電容器的較高設計電壓限度值的第二電壓，所述控制電路基于此來調整第三電流以便輸出頻率接近于由鎖相環所要求的鎖定頻率范圍的較高頻率。
8.如權利要求1所述的可調振蕩器，還包括電容器，用于向電壓-電流轉換器提供電壓，所述電壓與輸出頻率成比例。
9.一種用于校準可調振蕩器的方法，包括步驟向電壓-電流轉換器提供第一電壓以便根據電壓-電流轉換器生成第一控制電流；向電流控制振蕩器提供所述第一控制電流以便生成第一頻率；把所述第一頻率與由鎖相環所要求的鎖定頻率范圍的較低頻率相比較；調整輸入到所述電流控制振蕩器中的第一校準電流以便把所述第一頻率調整為接近于所述較低頻率；向所述電壓-電流轉換器提供第二電壓以便根據所述電壓-電流轉換器生成第二控制電流；向所述電流控制振蕩器提供所述第二控制電流以便生成第二頻率；把所述第二頻率與由鎖相環所要求的鎖定頻率范圍的較高頻率相比較；并且調整輸入到所述電壓-電流轉換器中的校準電流以便把所述第二頻率調整為接近于所述較高頻率。
10.如權利要求9所述的方法，其中所述第一電壓具有近似等于鎖相環電容的較低的設計電壓限度值。
11.如權利要求9所述的方法，其中所述第二電壓具有近似等于鎖相環電容的較高的設計電壓限度值。
12.如權利要求9所述的方法，其中所述第一電壓具有近似等于鎖相環電容的較低的設計電壓限度值，并且第二電壓具有近似等于鎖相環電容的較高的設計電壓限度值。
13.如權利要求12所述的方法，還包括步驟把電壓從鎖相環電容提供給電壓-電流轉換器，其中所述電壓與電流控制振蕩器的輸出頻率成比例。
14.如權利要求9所述的方法，還包括步驟使用線性近似來把第一校準電流設置為接近于第一校準電流的值，所述第一校準電流將生成等于較低頻率的輸出頻率。
15.如權利要求9所述的方法，還包括步驟使用線性近似來把第二校準電流設置為接近于第二校準電流的值，所述第二校準電流將生成等于較高頻率的輸出頻率。
全文摘要
本發明提供一種可調振蕩器。其中電壓－電流轉換器接收來自鎖相環的電壓作為輸入并且輸出第一電流。電流控制振蕩器接收所述第一電流并且輸出響應于電壓的頻率。第二電流被輸入到所述電流控制振蕩器中以便調整所述電流控制振蕩器的增益。第三電流被輸入到電壓－電流轉換器中以便調整所述第一電流和所述電壓－電流轉換器的增益。使用兩階段預校準方法來設置第二和第三電流值。在預校準期間，控制電路調整繼而設置第二和第三電流，以便輸出頻率在電壓范圍上跨越由鎖相環所要求的鎖定頻率范圍，所述電壓范圍跨越所述鎖相環的環電容的電壓限度。
文檔編號H03L7/099GK1751441SQ03826099
公開日2006年3月22日 申請日期2003年5月30日 優先權日2003年5月30日
發明者吳海捷 申請人:因芬奈昂技術股份有限公司