振荡器

技术领域

本发明实施例通常涉及一种振荡器，以及更具体地，涉及一种具有抽头式电感器的振荡器。

背景技术

近来，低电源电压已成为低功率系统的主要解决方案。然而，对于数字控制振荡器(digitally controlled oscillator，DCO)或压控振荡器(voltage-controlledoscillator，VCO)而言，低电源电压会导致振荡信号的摆幅较小，以及，信噪比(signal-to-noise ratio，SNR)会因此变差。

发明内容

以下发明内容仅是说明性的，而无意于以任何方式进行限制。即，提供以下概述来介绍本文描述的新颖和非显而易见的技术的概念，重点，益处和优点。选择的实施方式在下面的详细描述中进一步描述。因此，以下发明内容既不旨在标识所要求保护的主题的必要特征，也不旨在用于确定所要求保护的主题的范围。

本发明的目的之一在于提供一种振荡器，其交叉耦接对的输出端连接到电感器的抽头，能够减少相位噪声。

第一方面，本发明提供一种振荡器，包括：抽头式电感器，包括第一端子、第二端子、第一抽头和第二抽头；以及交叉耦接对，该交叉耦接对接收来自该第一端子的第一输入信号和来自该第二端子的第二输入信号，以产生第一输出信号和第二输出信号到该第一抽头和该第二抽头。

在一些实施例中，该交叉耦接对包括第一装置和第二装置，该第一装置接收来自该第二端子的该第一输入信号，以产生该第一输出信号至该第一抽头，以及，该第二装置接收来自该第一端子的该第二输入信号，以产生该第二输出信号至该第二抽头。

在一些实施例中，该第一装置由第一晶体管实现，该第一晶体管的栅极耦接到该第二端子，该第一晶体管的漏极耦接到该第一抽头；以及，该第二装置由第二晶体管实现，该第二晶体管的栅极耦接到该第一端子，该第二晶体管的漏极耦接到该第二抽头。

在一些实施例中，该振荡器还包括：电容器，耦接在该第一抽头和该第二抽头之间。

在一些实施例中，该抽头式电感器是多匝抽头式电感器。

在一些实施例中，该抽头式电感器包括串联的第一电感、第二电感和第三电感，该第一电感耦接在该第一端子和该第一抽头之间，该第二电感耦接在该第一抽头和该第二抽头之间，以及，该第三电感耦接在该第二抽头和该第二端子之间。

在一些实施例中，该交叉耦接对包括第一装置和第二装置，该第一装置接收来自该第二端子的第一输入信号，以产生该第一输出信号至该第一抽头，以及，该第二装置接收来自该第一端子的该第二输入信号，以产生该第二输出信号至该第二抽头。

在一些实施例中，该第一装置由第一晶体管实现，该第一晶体管的栅极耦接到该第二端子，该第一晶体管的漏极耦接到该第一抽头；以及，该第二装置由第二晶体管实现，该第二晶体管的栅极耦接到该第一端子，该第二晶体管的漏极耦接到该第二抽头。

在一些实施例中，该第一电感、该第二电感和该第三电感具有相同的极性。

在一些实施例中，该第一端子为该第一电感的正极，该第一抽头为该第二电感的正极，该第二抽头为该第三电感的正极；或者，该第一端子为该第一电感的负极，该第一抽头为该第二电感的负极，该第二抽头为该第三电感的负极。

在一些实施例中，该交叉耦接对的连接产生正反馈。

在一些实施例中，该第一电感、该第二电感和该第三电感之间分别产生正互感。

本领域技术人员在阅读附图所示优选实施例的下述详细描述之后，可以毫无疑义地理解本发明的这些目的及其它目的。详细的描述将参考附图在下面的实施例中给出。

附图说明

附图(其中，相同的数字表示相同的元件)示出了本发明实施例。包括的附图用以提供对本公开实施例的进一步理解，以及，附图被并入并构成本公开实施例的一部分。附图示出了本公开实施例的实施方式，并且与说明书一起用于解释本公开实施例的原理。可以理解的是，附图不一定按比例绘制，因为可以示出一些部件与实际实施中的尺寸不成比例以清楚地说明本公开实施例的概念。

图1是根据本发明一实施例示出的振荡器的示意图。

图2是根据本发明一实施例示出的位于振荡器内的抽头式电感器的示意图。

图3是根据本发明一实施例示出的振荡器的示意图。

图4是根据本发明第一实施例示出的抽头式电感器的示意图。

图5是根据本发明第二实施方式示出的抽头式电感器的示意图。

图6是根据本发明第三实施方式示出的抽头式电感器的示意图。

在下面的详细描述中，为了说明的目的，阐述了许多具体细节，以便本领域技术人员能够更透彻地理解本发明实施例。然而，显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实施一个或多个实施例，不同的实施例可根据需求相结合，而并不应当仅限于附图所列举的实施例。

具体实施方式

以下描述为本发明实施的较佳实施例，其仅用来例举阐释本发明的技术特征，而并非用来限制本发明的范畴。在通篇说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定的元件，所属领域技术人员应当理解，制造商可能会使用不同的名称来称呼同样的元件。因此，本说明书及权利要求书并不以名称的差异作为区别元件的方式，而是以元件在功能上的差异作为区别的基准。本发明中使用的术语“元件”、“系统”和“装置”可以是与计算机相关的实体，其中，该计算机可以是硬件、软件、或硬件和软件的结合。在以下描述和权利要求书当中所提及的术语“包含”和“包括”为开放式用语，故应解释成“包含，但不限定于…”的意思。此外，术语“耦接”意指间接或直接的电气连接。因此，若文中描述一个装置耦接于另一装置，则代表该装置可直接电气连接于该另一装置，或者透过其它装置或连接手段间接地电气连接至该另一装置。

其中，除非另有指示，各附图的不同附图中对应的数字和符号通常涉及相应的部分。所绘制的附图清楚地说明了实施例的相关部分且并不一定是按比例绘制。

文中所用术语“基本”或“大致”是指在可接受的范围内，本领域技术人员能够解决所要解决的技术问题，基本达到所要达到的技术效果。举例而言，“大致等于”是指在不影响结果正确性时，技术人员能够接受的与“完全等于”有一定误差的方式。

图1是根据本发明一实施例示出的振荡器100的示意图。如图1所示，振荡器100包括交叉耦接对(cross-coupled pair)、电容器(capacitor)130和抽头式电感器(tappedinductor)140，在图1的示例中，该交叉耦接对包括第一装置(device)110和第二装置120。在本实施例中，该交叉耦接对的两个输入信号Vinn和Vinp耦接到抽头式电感器140的两个端子N1和N4，以及，该交叉耦接对的两个输出信号Voutn和Voutp耦接到抽头式电感器140的两个抽头(tap)N2和N3。例如，在图1的示例中，抽头N2、N3分别位于抽头式电感器140的两个端子N1和N4之间的不同位置处。具体地，第一装置110接收输入信号Vinp(输入信号Vinp来自抽头式电感器140的端子N4)，以产生输出信号Voutn至抽头式电感器140的抽头N2，以及，第二装置120接收输入信号Vinn(输入信号Vinn来自抽头式电感器140的端子N1)，以产生输出信号Voutp至抽头式电感器140的抽头N3，其中，两个输入信号Vinn和Vinp为差分信号，以及，两个输出信号Voutn和Voutp为差分信号。在本实施例中，振荡器100为电感电容谐振回路(LC-tank)数控振荡器(DCO)或压控振荡器(VCO)，以及，两个输出信号Voutn和Voutp作为(serve as)振荡器100的振荡信号。在图1的示例中，抽头式电感器140和电感器130构成LC谐振回路(LC-tank)。

在图1所示的实施例中，振荡器100的抽头式电感器140为多匝抽头式电感器(multi-turn tapped inductor)，因此，通过其自身的互感(its own mutual inductance)可以增大该交叉耦接对的摆幅，这进而能够提升交叉耦接对的跨导。具体来说，参照图2，抽头式电感器140可包括多个串联的电感(在本实施例中，抽头式电感器140包括三个电感)，其中，具有电感值(inductance)L1的第一电感(或者，可称为“第一电感L1”)耦接在端子N1和抽头N2之间，具有电感值L2的第二电感(或者，可称为“第二电感L2”)耦接在在抽头N2和N3之间，以及，具有电感值L3的第三电感(或者，可称为“第三电感L3”)耦接在抽头N3和端子N4之间。在本实施例中，第一电感和第二电感之间存在互感M12，第二电感和第三电感之间具有互感M23，第一电感和第三电感之间具有互感M13，因此，抽头式电感器140的总电感值(total inductance)等于“L1+L2+L3+2*M12+2*M13+2*M23”，以及，端子N1和抽头N2之间的电压差V1，抽头N2和抽头N3之间的电压差V2，抽头N3和端子N4之间的电压差V3可表示如下，其中，符号“i”为流经抽头式电感器140的电流：

在上面的等式(1)-(3)中，由于互感M12/M13/M23使得电压差V1、V2、V3(即，跨第一电感的电压、跨第二电感的电压、跨第三电感的电压)增大，因此，端子N1和N4处的电压摆幅变大，以及，该交叉耦接对的跨导被有效地增大。

在图1所示的实施例中，交叉耦接对被连接以具有正反馈(positive feedback)，该正反馈(例如，交叉耦接对的连接使得第一电感、第二电感和第三电感之间产生正互感)产生负电阻(negative resistance)以维持振荡。本领域普通技术人员可以理解，该负电阻是指从交叉耦接对的输出端看向交叉耦接对的电阻。在常规技术中，交叉耦接对的输出信号连接到端子N1和N4，负电阻等于“-2/gm”，其中，术语“gm”为交叉耦接对的跨导。在图1的实施例中，负电阻等于“-2/(gm*(1+2α))”，其中，术语“α”是“V1”与“V2”的比值(ratio)。在本发明实施例中，第一电感、第二电感和第三电感具有相同的极性(交叉耦接对的连接产生正反馈)，从而，电压V1、V2、V3具有相同的极性，也就是说，α为正值。因此，“-2/(gm*(1+2α))”大于“-2/gm”，也就是说，本实施例的振荡器100具有比常规技术更好的负电阻，从而，振荡器100的品质因子(quality factor，亦可互换地描述为质量因子)变得更好。

综上所述，在相同的偏置电流下，由于振荡器110的交叉耦接对的跨导增大，因此，本发明能够以更低的功耗达到期望的跨导。此外，由于振荡器100的质量因子变得更好，因此，可以以更小的芯片面积实现期望的质量因子。此外，端子N1和N4处的电压摆幅的增大能够使得相位噪声减少。

在一实施例中，第一装置110和第二装置120中的每一个都可以由如图3所示的晶体管实现。如图3所示，第一装置110由晶体管(例如，N型晶体管)MN1来实现，其中，晶体管MN1的栅极接收输入信号Vinp，以在漏极产生输出信号Voutn。第二装置120由晶体管(例如，N型晶体管)MN2来实现，其中，晶体管MN2的栅极接收输入信号Vinn，以在漏极产生输出信号Voutp。此外，抽头式电感器140的抽头N2和N3中的每一个可以通过元件(component)310连接到电源电压VDD，其中，元件310可以包括电流源，其耦接在电源电压VDD和晶体管MN1、MN2的漏极之间；或者，元件310可以包括P型晶体管，其耦接在电源电压VDD和晶体管MN1、MN2的漏极之间；或者，元件310可以包括另一交叉耦接对，其耦接在电源电压VDD和晶体管MN1、MN2的漏极之间。由于本发明着重于第一装置110、第二装置120与抽头式电感器140之间的连接，以及，本领域技术人员应了解如何实现元件310，因此，本文不再详细描述元件310及振荡器100的其它部分的细节。

关于抽头式电感器140，为了提供正互感以提高交叉耦接对的跨导，抽头式电感器140被设计为具有多匝(multiple turns)，以及，这些电感(例如，上面描述的L1、L2、L3)共享相同的磁通量(flux)。以图2为例，第一电感、第二电感和第三电感具有相同的极性，即，端子N1是第一电感的正极/正端(positive terminal)，抽头N2是第二电感的正极，抽头N3是第三电感的正极；或者，端子N1是第一电感的负极/负端(negative terminal)，抽头N2是第二电感的负极，以及，抽头N3是第三电感的负极。

图4是根据本发明第一实施例示出的抽头式电感器140的示意图。如图4所示，抽头式电感器140具有两匝(two turns)。在图4示出的连接关系中，抽头式电感器140的外匝(outer turn)的左半部分(left half，即端子N1和抽头N2之间的线圈部分)对应于图2中所示的具有电感值L1的第一电感，抽头式电感器140的外匝的右半部分(right half，即抽头N3和端子N4之间的线圈部分)对应于图2中所示的具有电感值L3的第三电感，以及，抽头式电感器140的内匝(inner turn)对应于图2中所示的具有电感值L2的第二电感。

图5是根据本发明第二实施例示出的抽头式电感器140的示意图。如图5所示，抽头式电感器140具有三匝。在图5示出的连接关系中，抽头式电感器140的外匝的左半部分和中间匝的右半部分对应于图2中示出的具有电感值L1的第一电感，抽头式电感器140的中间匝的左半部分和外匝的右半部分对应于图2中示出的具有电感值L3的第三电感，以及，抽头式电感器140的内匝对应于图2中示出的具有电感值L2的第二电感。

图6是根据本发明第三实施例示出的抽头式电感器140的示意图。如图6所示，抽头式电感器140具有三匝，其中，抽头式电感器140的中间匝的左半部分和外匝的右半部分对应于图2中示出的具有电感值L1的第一电感，抽头式电感器140的外匝的左半部分和中间匝的右半部分对应于图2中示出的具有电感值L3的第三电感，以及，抽头式电感器140的内匝对应于图2中示出的具有电感值L2的第二电感。图4至图6示出了抽头式电感器140的一些示例，但本发明并不限于这些示例，例如，凡是能够在抽头式电感器内的多个电感之间提供正互感(例如，共享相同的磁通量)的抽头式电感器均可以用于实现本发明实施例中的抽头式电感器140，本发明对此不做任何限制。

简而言之，在本发明的振荡器中，通过使用抽头式电感器以及将交叉耦接对的输出信号连接到该抽头式电感器的抽头(以使该抽头式电感器构成的多个电感器之间能够提供正互感，以提高交叉耦接对的跨导，在一些实施例中，为了提供该正互感，该多个电感器共享相同的磁通量)，能够提高抽头式电感器两端的电压摆幅，从而可以降低相位噪声，以及，交叉耦接对的跨导能够被增大，因此，本发明能够以更低的功耗达到期望的跨导，也就是说，在实现类似性能时可以降低功耗。

在权利要求书中使用诸如“第一”，“第二”，“第三”等序数术语来修改权利要求要素，其本身并不表示一个权利要求要素相对于另一个权利要求要素的任何优先权、优先级或顺序，或执行方法动作的时间顺序，但仅用作标记，以使用序数词来区分具有相同名称的一个权利要求要素与具有相同名称的另一个元素要素。

虽然本发明已经通过示例的方式以及依据优选实施例进行了描述，但是，应当理解的是，本发明并不限于公开的实施例。相反，它旨在覆盖各种变型和类似的结构(如对于本领域技术人员将是显而易见的)，例如，不同实施例中的不同特征的组合或替换。因此，所附权利要求的范围应被赋予最宽的解释，以涵盖所有的这些变型和类似的结构。