TWI298579B - An dual-band voltage controlled oscillator utilizing switched feedback technology - Google Patents

Description

1298579 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種雙頻帶麼控振盪器，且特別是有 h-種利用切換回授路徑之雙頻帶壓控振盈器。 【先前技術】 個2於無線通訊系統的蓬勃發展’通訊系統晶片整合多 個^的需求也日益增加，所以在射頻電路中，能夠提供 帶振盪源或者是多頻帶振盈源的振蘯器電路成為設 4…、線射頻收發機電路中重要的一環。 一 一般應用於雙頻帶電路的考畢茲壓控振盪^有二種， 容切換式考畢兹壓控㈣器，另—為電感切換式考 畢餘壓控振盪器。 ^閱第！ W ’係緣示一種電容切換式考畢兹壓控振盈 包含n關元件12卜第二開關元件⑽、 電感170、一電容160、一電流源190、一第一 N型電曰 體=、-第二N型電晶體1〇3、一第三_電晶體1〇4:曰 兩電谷140、150以及一變容器ι8〇。 當我們改變共振腔中的電容140# 15〇的電容值時， 振盪器的振盪頻率也隨之改變;而當我們切換開關電路⑴ :的開關元件120和開關元件130,即可得到不同的等效電 容，’進而得到不同的振盈頻率的頻帶，如此即可使得振 蘯器工作在我們需要的頻率範圍。 、 但此電路設計有-重大缺點即為無法在該頻率範圍設 1298579 5十表佳的電感和電容值。比如當共振電路中的電感和電容 設計在較高頻率範圍的共振頻率，當為了得到較低頻率 時’必須增加電容的等效值，因此，將大量增加固定值的 寄生電容，以致高頻帶可調頻率範圍下降，同時將會增加 整體的消耗功率和降低共振腔的品質因素2值。 參閱第2圖，係繪示一種電感切換式考畢茲壓控振盪 為200圖，主要係改變考畢茲壓控振盪器2〇〇共振腔中的 等效電感值，包含一開關元件220、一開關元件230、一第 一 Ν型電晶體201、一第二Ν型電晶體202、一第三Ν型電 晶體203、兩電感250、240、一電容260、一變容器28〇 以及一電流源290。其設計概念利用開關元件來改變共振腔 的等效電感值，當切換開關電路21〇的開關元件22()和開 關元件230,即可判不同料效電感值，進而得到不同的 振盪頻率的頻帶，如此即可使得振盪器工作在我們需要的 頻率範圍。 但是，此電路的缺點為為共振腔中的電感原本就是品 質因素Q值最差的被動元件，現在又將一個開關元件串聯 於電感上，導致開關元件中的寄生電阻影響到整體電感的 品質因素Q值’使得整個共振腔的品質因減， 額外的電阻和電容也會增加功率的損耗。嚴重哀減 因此，極須一種可解決上述問題的多頻帶壓控振蘯器。 【發明内容】 種具有雙頻帶振盪源的振 本發明之主要目的在提供一 1298579 另一端同時耦接於該第二p型 _編 孓電日日體430之源極與第二 直、二;之汲極。第二電感47〇之-端竊接於- 、战1475,而另-端同時轉接於第三p型電晶體之 源極與第二N型電晶體之閘極。 一斤切換開關電路425包含—第四p型電晶體…以及 :N型電晶體42〇。其中第四p型電晶體之源極係 =於：電位叫第三^電晶⑽之間極搞接 四型電晶體之閘極、一切換電麼端鄕以及第三 型電晶體440之閘極，源極輕接於該低電位，汲極同 時麵接於第四P型電晶體41〇之沒極 體430之閘極。 ^曰 •述之電路、‘構形成了本發明之一較佳實施例，係 包含兩回授電路。^ 卜 ，、中弟一回授電路組成為一第一電感 460帛一 P型電晶體430、-電容450、-調變頻率 之、隻電谷490和一提供負阻抗的第二n型電晶體彻 所架構成的考畢兹電路A。而第二回授電路為一第二電 感470、一第三P型電晶體440、一電容450、調變頻 率用的變電容和提供負阻抗的第二N型電晶體480 所架構成的考畢茲電路B。 第二P型電晶體430跟第三p型電晶體44〇是控制 此二個振盪器的源極回授路徑存不存在的開關元件；當 開關元件第二P型電晶體復導通時，考畢兹電路a的 源極回授路徑存在才會有持續性的振盪訊號產生。反 之’當開關元件第三P型電晶體440導通時，考畢兹電 1298579 路B的源極回授路徑存在。 所以，當切換電壓端465獲得一個高電位時，由第 四P型電晶體41G和第三N型電晶體42G所構成的切換 開關電路會輸出低電位。此時的第二P型電晶體43〇因 為獲得低電位而處於導通狀態，所以考畢茲電路A的回 授路徑路徑，共振腔所產纟的共振訊號才能夠持續 產生。第三P型電晶體440獲得高電位而處於不導通狀 態’所以考畢茲電路β的回授路徑路徑不存在。 反之，當切換電壓端465獲得一個低電位時，由第 四Ρ型電晶體410和第三電晶體42〇所構成的切換 開關電路會輸出高電位。此時的第三ρ型電晶體44〇因 為獲得低電位而處於導通狀態，所以考畢茲電路β的回 授路徑路徑存在，共振腔所產生的共振訊號才能夠持續 產生弟一 Ρ型電晶體430獲得高電位而處於不導通狀 悲，所以考畢茲電路Α的回授路徑路徑不存在。 由上面所述之動作清楚地了解到透過由第四ρ型電 晶體410與第三]^型電晶體42〇所構成的切換控制電路 425和第一 P型電晶體43〇、第三ρ型電晶體44〇組成 之回授開關電路445可以讓兩組考畢茲電路共同使用同 一第二N型電晶體480及微調頻率用的變容器49〇而不 相互影響。這樣的設計電路不僅不會因為額外附加的開 關電路而嚴重影響到震盪器電路的相位雜訊，且在共同 使用同一第二N型電晶體480的情況下，所以對於消耗 的電流量並不會增加。 12 1298579 5〇3之源極同時搞接於一高電位⑽）。第—n型電晶體_ 原極與第_ N型電晶體5Q4之源極同時_接於一低電 位，汲極同時搞接於第一 p型電晶體5〇1之沒極與一第一 •輸，端513，而閘極同時耗接於第- P型電晶體501之閘極 ‘ 〃第—N型電晶體5〇4之閘極。第二n型電晶體504之沒 極同時輕接於第二P型電晶體5〇3之汲極與一第二輸出端 514’而閘極同時耦接於第二p型電晶體5〇3之閘極與第四 電晶體534之源極。 、 回授開關電路545包含一第三p型電晶體505、一第 四P型電晶體506、一第五p型電晶體5〇7、一第六p型電 晶體508、一第一電容532以及一第二電容533。其中第四 p型電晶體506之汲極㈣於第三P型電晶體5()5之沒極。 第五P型電晶體507之汲極耦接於第六p型電晶體5〇8之 汲極。第一電容532之一端耦接於第四p型電晶體5〇6之 汲極，而另一端則耦接於第一 ^^型電晶體5〇2之閘極。第 一電谷533之一端係耦接於第六p型電晶體5〇8之汲極， _ 另一端係耦接於第六N型電晶體536之閘極。 切換開關電路525係包含一第七p型電晶體543與一第 七N型電晶體544。其中第七P型電晶體543之源極係耦接 於該高電位（Vdd)，源極耦接於低電位，閘極同時耦接於切 換電壓端517、第四P型電晶體506之閘極、第六p型電晶 體508之閘極以及第七p型電晶體543之閘極。該第七n 型電晶體544之汲極耦接於第七P型電晶體543之汲極、 第五P型電晶體507之閘極、第三p型電晶體5〇5之閘極。 電感陣列515包含一第一電感538、一第二電感539、 14 1298579 一第二電感510以及一第四電感511。苴 /、T昂一電咸 :-蝴於高電位⑽)’另一端同時輕接於第四= 曰曰體534之閘極與第三p型電晶體5〇5之源極。 感539之一端耦接於一直流偏壓518，另一端 ^ 四N型電晶體534线極與第四^接於第

弟二電感510之-端麵接於高電位（Vdd)，另—端 於第三N型電晶體535之沒極與第五p型電晶體咖 極。第四電感511之-端輕接於直流偏壓518，另―、 麵接於第三N型電晶體535之閘極與第六卩型電晶體= 之源極。 如第6圖所示’係本發明又一較佳實施例的雙頻帶 振盪器電路600電路圖。其基本工作原理與第*圖所示 實施例大致相似，不同處在於回授路徑的路徑與第4 = 所示實施例的路徑不同而已。本實施例之電路如下戶^ 述： 電路區塊655包含一第一 n型電晶體654、一第二n 型電晶體655、一第三N型電晶體656、一第一電容65^以 及一第二電容658。第一 N型電晶體654之閘極耦接於一第 一直流偏壓619。第二電晶體655之汲極耦接於第一 n 型電晶體654之源極，第二N型電晶體655之源極耦接於 一低電位，閘極同時耦接於一第二直流偏壓618與第三N 型電晶體656之閘極。第三N型電晶體656之源極耦接於 低電位。第一電容657之一端耦接於第三N型電晶體656 之汲極，而另一端耦接於該第三N型電晶體656之源極。 15 1298579 授電路B所組成，第一回授電路A為第二電感653、第 二電容659、第一 P型電晶體651以及第一電容657所 構成，而第二回授電路B由第二電感653、第三電容 659、第二p型電晶體652以及第二電容658所構成， 由於第一電容657和第二電容658之電容值大小不同， 經由回授開關電路645中之第—p型電晶冑651和第 一 P型電晶體652以達到雙頻帶的目標。

由上述本發明較佳實施例可知，本發明之主要目的在 提供一種具有雙頻帶振盪源的振盪器，可同時降低功率消 耗=及相位雜訊。其中此雙頻帶壓控振I器主要構成了兩 回授路徑，並利用上述的兩回授電路之設計，當切換開關 電路輸入為间電位時，將會使得兩組並接的回授型壓控振 i器電路中的其中的第_回授路徑導通卫作，而第二:授 路，將不會導通’即不會振盪，而振盪訊號則由第一回授 路仏組成的共振腔提供；另—方面，若切換開關電路輸入 為低電位時’將會使得第二回授路徑導通工作，而使得第 回授路’而振盪訊號即由第二回授路徑所組成的 共振腔決定。 本發明所使用切換之兩不同回授路徑，不但能夠避免 振盪為電路額外的寄生電阻和電容，而且能夠大幅降低電 路之消耗功率與相位雜訊。 - 、雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其並非用 μ限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明 神和辄圍内’當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之ζ 17 1298579 護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 ^ 為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例 能更明顯易懂，所附圖式之詳細說明如下： 第1圖係為電容切換式考畢茲壓控振盪器電路圖。 第2圖係為電感切換式考畢茲壓控振盪器電路圖。 • 第3圖係繪示依照本發明之雙頻帶壓控振盪器方塊圖。 第4圖係繪示依照本發明第一較佳實施例的一種雙頻 帶壓控振盪器電路圖。 第5圖係繪示依照本發明第二較佳實施例的一種雙頻 帶壓控振盪器電路圖。 第6圖係繪示依照本發明第三較佳實施例的一種雙頻 帶壓控振盪器電路圖。 φ 【主要元件符號說明】 140 、 150 、 160 、 260 、 450 、 532 、 533 、 657 、 658 、 659 : 電容 170 、 240 、 250 、 460 、 470 、 510 、 511 、 538 、 539 、 653 : 電感 102 、 103 、 104 、 201 、 202 、 203 、 402 、 420 ' 480 、 502 、 504 、 534 、 535 、 536 、 537 、 543 、 544 、 630 、 654 、 655 、 650:N型電晶體 40卜 410 、 430 、 440 、 501 、 503 、 505 、 506 、 507 、 508 、 18 1298579 543、651、652、66(h P 型電晶體 190、290 :電流源 180、280、490、554、556:微調頻率的變容器 300、400、500、600 :雙頻帶振盪器電路 100、200 ··考畢茲振盪器 313、 435、535、635 :推動級電路

3 11、445、545、645 :回授開關電路 312、455、555、655 :電路區塊 310、415、515、615 :電感陣列 314、 425、525、625 :切換開關電路 365、465、517、617:切換電壓端 375、475、518、618、619 :直流偏壓端 385、485、513、514 :輸出端

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Claims (1)

1298579 十、申請專利範園·· 種雙頻f屡控振盈器裝置，至少包含·· 一回授開關電路，係提供該㈣㈣器之振盪信 回授路徑，· 一切換開關電路，係用以㈣該雙頻㈣器之振盈信 :回授路徑，—端耦接於該回授開關電路，另一端同時 耦接於該回授開關電路與一切換電壓端； 電路區塊，係用以提供每_回授路徑之主動負載， 耦接於該回授開關電路； 、 一電感陣列，係用以提供共振電感至每—回授路徑， ^麵接於一直流偏壓，另一端 力鈿冋時耦接該電路區塊與該 W权間關電路；以及 二推動級電路，係用以傳送㈣訊號至輸出端 祸接於該回授開關電路與該電塊區塊。 裝置 如申凊專利範圍第1項所述之雙頻帶壓控振盈器 其中該電路區塊包含： " .變容器，其中該變容器之陽極係姻於—調頻端； 陰極 電流源’其中該電流源之一端係耦接於該變容器之 另一端耦接於一低電位；以及 第一Ν型電晶體，其中該第二ν型 接於該變容器之陰極。 n日體的源極麵 盪器 如申請專㈣圍第2項所述之雙頻帶壓控振 20 1298579 替換頁 裝置’其中該推動級電路包含： Ρ型電晶體之源極耦 第p型電晶體，其中今黛 接於一高電位；以及 μ 以型電晶體，其中該第 型電晶體之源極接 於該低電位，汲極麵接 至哕於該第一 ρ型電晶體之汲極並耦接 至該輸出端，閘極同時麵接 該變容器之陰極。 接、该第-ρ型電晶體之閘極與 4· 如申請專利範圍第q ^ ^ ^ ^ 固弟d項所述之雙頻帶壓控振盪器 裝置，/、中該回授開關電路包含· 一第二P型電晶體； 第二p型電晶體；以及 電谷/、中°亥電各之-端係耦接於該第- N型電晶體 之=極’另—端則同時输於該第二p型電晶體之汲極與 該苐三P型電晶體之汲極。 5·如申口月專利|巳圍帛4項所述之雙頻帶壓控振盈器 裝置’其中該切換開關電路包含： 一第四P型電晶體，呈由咕势 ^ t 股具中5亥第四P型電晶體之源極係耦 接於該高電位；以及 第一 N型電曰曰體，其中該第三N型電晶體之閑極輕接 於該第四電晶體之閘極、該第三P型電晶體之閑極以 及該切換電壓端，源_接於該低電位，該第s Ν型電晶 體之沒極同時_於該第四ρ型電晶體之沒極以及該第二 ρ型電晶體之閘極。 21 1298579 5ΤΓΙ7Τ7 曰修正替換頁 年月 • 如申請專利範圍第5項所述之雙頻帶壓控振盪器 裝置’其中該電感陣列包含： 第電感’其中該第一電感之一端輕接於該高電位， 另一端同時㈣於該第二P型電晶體之源極與該第二N型 電晶體之汲極；以及 η —第二電感，其中該第二電感之一端耦接於該直流偏 壓’另—端同時耦接於該第三ρ型電晶體之源極與該第二Ν 型電晶體之閘極。 •如申請專利範圍第1項所述之雙頻帶壓控振盪器 裝置，其中該電路區塊包含： 一第三Ν型電晶體； 一第四Ν型電晶體； 罘立Ν型電晶體，其中該第

接於該第三Ν型電晶體之源極； 一第六Ν型電晶體，其中該第六Ν型電晶體之没極係麵 接於=第四Ν型電晶體之源極與第五Ν型電晶體之閑極， 型電晶體之源_接於該第五w電晶體之源極 …電位’該第六N型電晶體之閘極耦接於該第 電晶體之汲極； 土 -第-變容器，其中該第一變容器之陰極耦接於 曰曰^第及Γ變容\該，=變容器之陽極搞接於調頻端；以及 一極’而該第二變容器之陽極麵接=第五 22 1298579 9^Γ57Τ7 j 年月曰修正替換頁 8· 如申請專利範圍第7箱 裝置，農申兮扭紅 、所迷之雙頻帶壓控振盪器 衣1昇中該推動級電路包含： 電晶體之源極耦 -第-p型電晶體’其中該第 接於—高電位； 一第二P型電晶體，其中 接於該高電位； ^ 一型電晶體之源極耦

晶體’其中該第^型電晶體之源極接 :該：電位’没極麵接於該第一 P型電晶體之沒極並耦接 至-第-輪出# ’間極同時輕接於該第一 p型電晶體之閑 極、該第四N型電晶體之源極以及該第五N型電晶體之閘 極；以及 -第二_晶體，其中該第二N型電晶體之源極耗 接於該低電位，㈣__於該第二P型電晶體之沒極 與一第二輸出端，閘極同時耦接於該第二P型電晶體之閘 極與該第四N型電晶體之源極。 9·如申請專利範圍第8項所述之雙頻帶壓控振盪器 裝置，其中該回授開關電路包含·· 一第三P型電晶體； 一第四P型電晶體，該第四p型電晶體之汲極耦接於該 第二P型電晶體之沒極； 一第五P型電晶體； 一第六P型電晶體，該第六P型電晶體之汲極耦接於該 第五P型電晶體之汲極； 23 1298579 ρΤΓΤΓΤΤ----- 年月日修正替換頁 第電谷，該第一電容之一端麵接於該第四Ρ型電晶 體之沒極’另：端麵接於該第—Ν型電晶體之閘極;以及 •日第-電谷，其中該第二電容之—端係輕接於該第六Ρ 型電晶體线極，另—端频接於該第六Ν型電晶體之閑 極0

ίο. >申請專利範圍第9項所述之雙頻帶壓控振盈器 裝置，其中該切換開關電路包含·· —第七Ρ㈣晶體’其中該第七ρ型電晶體之源極仙 接於該高電位；以及 型電㈣’其中該第七Ν型電晶體之閘極竊接 於該第七Ρ型電晶體之間極、該切換電壓端、第四ρ型電 ^體之閘極以及第六ρ型電晶體之閘極，源_接於該低 電位’没極耦接於該第七Ρ型電晶體线極、該第五ρ型 電晶體之閘極以及該第三ρ型電晶體之閘極。

11. b中晴專利範圍第10項所述之雙頻帶壓控振蓋 15裝置，其中該電感陣列包含： 一第一電感，其中該第一電感之一端輕接於該高電位， 另-端同時耦接於該第四_電晶體之閘極 電晶體之源極； 一第二電m該第二電感之—端㈣㈣直流偏 ，另一端同時耦接於該第四N型電晶體之汲極與該第四ρ 型電晶體之源極； 一第三電感，其中該第三電感之一端耦接於該高電位， 24 1298579 ψ77ΤΓΤΤ~--- 牛月日修正^^胃 另一端同時耦接於該第三Ν 雷曰鲈 電晶體之源極；以及 Μ電Β曰體之及極與該第五Ρ型 Jl，^山電感’其中邊第四電感之—端輕接於該直流偏 ’另一^同時耦接於該第三N 型電晶體之源極。 a電曰曰體之閑極與該第六p 梦署12·甘，申請專利範圍第1項所述之雙頻帶壓控振盪器 裝置，其中該電路區塊包含： 接於㉟N里電曰曰體’其中該第一 N型電晶體之閘極麵 接於一第一直流偏壓； =二_電晶體，其中該第二N型電晶體之没極搞 擇於該第一 N型電晶體之、、盾技.rr _ . 原極，源極麵接於一低電位，閘 極耦接於一第二直流偏壓； 一第三N型電晶體，直中兮铉= μ ^ ，、f該第二Ν型電晶體之源極耦 、二楚位’閘極㈣於該第二Ν型電晶體之閑極； 型電曰體之、ΓΓ ’其中該第—電容之—端㈣於該第三ν 以及日日極，另一端輕接於該第三Ν型電晶體之源極； _第:、及電二其中該第二電容之—端耦接於該第二Ν 及極，另一端輕接於該第二Ν型電晶體之源極。 器二：:請專利範圍第12項所述之雙頻帶咖蘯 -第五Ν型電晶體，該第第五 於該第三Ν型電曰科少、“ 冤曰曰體之源極耦接 1電日日體之汲極，閘極耦接於該 25 1298579 w w ^ m 醤 -----— 年月日修正替換頁 體之汲極；以及 第電感其中5亥第一電感之一端耦接於該第五N 型電晶體之汲極，另一端耦接於一高電位。 14. ”請專利範圍第13項所述之雙頻帶壓控振盈 器裝置，其中該回授開關電路包含： —第-P型f晶體’其中該第_ P型電晶體之汲極輕接 於該第三N型電晶體之汲極； 一第二p型電晶體’其中該第二p型電晶體之源極耦接 於該第—P型電㈣之馳，祕純於該第1型電晶 體之汲極；以及 一第三電容’其中該第三電容之—端_於該第二p 型電晶體之祕，另-端耦接於該第—N型電晶體之沒極。 。 力中Μ專W範圍第14項所述之雙頻帶壓控振盪 器裝置，其中該切換開關電路包含： -第三Ρ型電晶體’其中該第三ρ型電晶體之源極係耦 接於該高電位；以及 帛Μ型電晶體’其中該第㈣型電晶體之閘極同時 _於-切換電壓端、第二ρ型電晶體之閘極以及該第三ρ i電晶體之閘極’源_接於該低電位，峰同時麵接於 该第三P型電晶體之㈣與該第—p型電晶體之閉極。 16· Μ請專利範圍第15項所述之雙頻帶壓控振盈 益裝置，其中該電感陣列包含： 26 1298579 一第二電感，其中該第二電感之一端耦接於該第一 N 型電晶體之汲極，另一端耦接於該高電位。

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