电感电容器振荡器及相关的双核振荡器的制作方法

1.本发明涉及电感
‑
电容器(lc)振荡器，更进一步的涉及具有嵌入式二次谐波(second harmonic)滤波器的lc振荡器及相关的双核(dual core)振荡器。


背景技术：

2.通常，振荡器不仅产生由主谐振回路(resonant tank)确定的基频，还产生可能会引起噪声上变频的不期望的二次谐波频率。在现有技术中，额外的回路可用于过滤二次谐波频率，以便阻止或减弱二次谐波频率。但是，此体系结构中仍然存在一些缺点。例如，具有的噪声相关性能较差。
3.因此，需要一种新颖的lc振荡器架构，其与现有技术相比，具有更佳的噪声相关性能(例如，相位噪声较小)。


技术实现要素：

4.本发明提供一种电感电容器振荡器及相关的双核振荡器，可具有更佳的噪声相关性能。
5.本发明提供的电感电容器振荡器可包括：第一晶体管和第二晶体管；第一部分第一电感器和第一部分第二电感器，其中，所述第一部分第一电感器的第一端和所述第一部分第二电感器的第一端分别耦合至所述第二晶体管的栅极和所述第一晶体管的栅极；第一部分电容器，耦合在所述第一部分第一电感器的所述第一端和所述第一部分第二电感器的所述第一端之间；第二部分电感器，耦合在所述第一部分第一电感器的第二端和所述第一部分第二电感器的第二端之间；和至少一个第二部分电容器，耦合在所述第一晶体管的漏极端和所述第二晶体管的漏极端。
6.本发明提供的电感电容器振荡器的架构可改善与噪声有关的性能，因此能获得更佳的噪声相关性能。
附图说明
7.图1a根据本发明的实施例示出具有嵌入式二次谐波滤波器的电感电容器(lc)振荡器10的图。
8.图1b根据本发明的实施例示出图1a所示的lc振荡器10中的电感器的布局图。
9.图2根据本发明实施例示出lc振荡器20的图。
10.图3根据本发明实施例示出lc振荡器30的图。
11.图4根据本发明实施例示出lc振荡器40的图。
12.图5根据本发明实施例示出lc振荡器50的图。
13.图6a根据本发明的实施例示出双核振荡器的图。
14.图6b根据本发明的实施例示出图6a所示的双核振荡器中的电感器的布局图。
15.图7a根据本发明的另一实施例示出双核振荡器的图。
16.图7b根据本发明的实施例示出图7a所示的双核振荡器中的电感器的布局图。
具体实施方式
17.在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定的组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”及“包括”为一开放式的用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大体上”是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。此外，“耦接”一词在此包含任何直接及间接的电性连接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接于一第二装置，则代表该第一装置可直接电性连接于该第二装置，或通过其它装置或连接手段间接地电性连接至该第二装置。以下所述为实施本发明的较佳方式，目的在于说明本发明的精神而非用以限定本发明的保护范围，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
18.接下面的描述为本发明预期的最优实施例。这些描述用于阐述本发明的大致原则而不应用于限制本发明。本发明的保护范围应在参考本发明的权利要求书的基础上进行认定。
19.图1a根据本发明的实施例示出具有嵌入式二次谐波滤波器的电感电容器(lc)振荡器10的图。如图1a所示，lc振荡器10可以包括诸如p型晶体管(例如，p型金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet))mp的第一晶体管，诸如n型晶体管(例如n型mosfet)mn的第二晶体管，第一部分第一电感器(如电感器l
11
)，第一部分第二电感器(如电感器l
12
)，第一部分电容器(如电容器c1)，第二部分电感器(如电容器l2)和至少一个第二部分电容器c2。电感器l
11
的第一端和电感器l
12
的第一端分别耦合到n型晶体管mn的栅极端和p型晶体管mp的栅极端。电容器c1耦合在电感器l
11
的第一端和电感器l
12
的第一端之间。电感器l2耦合在电感器l
11
的第二端和电感器l
12
的第二端之间。至少一个第二部分电容器耦合到第一晶体管和第二晶体管的漏极端。例如，电容器c2耦合在p型晶体管mp的漏极端和n型晶体管mn的漏极端之间。p型晶体管mp的源极端和n型晶体管mn的源极端分别耦合到电源电压端(例如，在lc振荡器10内提供最高固定电压电平的端)和接地电压端(例如，在lc振荡器10内提供最低固定电压电平的端)。
20.如图1a所示，lc振荡器10可以进一步包括第三部分第一电感器(例如电感器l
31
)和第三部分第二电感器(例如电感器l
32
)，其中，电感器l
31
耦合在电感器l
11
的第二端和p型晶体管mp的漏极端之间，电感器l
32
耦合在电感器l
12
的第二端和n型晶体管mn的漏极端之间。
21.为了更好地说明，相应组件的电感和电容用相应组件相同/相似符号的斜体表示。例如，电容器c1的电容和电容器c2的电容分别由c1和c2表示，电感器l
11
和l
12
中每一个的电感由l1表示，电感器l2的电感由l2表示，电感器l
31
和l
32
中的每一个的电感由l3表示，其中符号“s”可以表示与频率和相位相关联的变量。对于具有图1a所示的电感器l
31
和l
32
的架构，至少电感器l
11
和l
12
，电感器l2和电容器c1构成基频谐振回路。详细地，基频fo处的阻抗z
in1
可以如下所示：
[0022][0023]
此外，至少电感器l2，电容器c2，电感器l
31
和l
32
构成二次谐波滤波器，以阻止或减弱lc振荡器10的二次谐波信号。详细地，在二次谐波频率2fo处的阻抗z
in2
可以如下所示：
[0024][0025]
在一些实施例中，可以省略电感器l
31
和l
32
，例如，电感器l
11
的第二端和电感器l
12
的第二端可以分别直接连接到p型晶体管mp的漏极端和n型晶体管mn的漏极端。在这种情况下，至少电感器l2和电容器c2构成二次谐波滤波器以阻止或减弱二次谐波信号。详细地，省略了电感器l
31
和l
32
的情况下的阻抗z
in2
可以如下所示：
[0026][0027]
由于电感器l
31
/l
32
对阻抗z
in1
的影响不大，为简洁起见，此处不再赘述。符号α可以代表正值，对于给定2fo，α表示与较大的c2相乘的一个因子，这仅出于示例性目的，并不意味着对本发明的限制。
[0028]
通常，优选地，从v2到v1的电压增益a
v
尽可能高，其中电压增益a
v
可以如下所示：
[0029][0030]
电感器l
31
和l
32
的主要目的是消除控制阻抗z
in2
和控制电压增益a
v
之间不可避免的相关性。例如，期望阻抗z
in2
尽可能高(更具体地，期望阻抗z
in2
的峰值电阻rp尽可能高)，以便阻止或减弱二次谐波频率2fo。在没有电感器l
31
和l
32
的情况下，峰值电阻rp可以如下所示：
[0031][0032]
假设q
l
＝q
c
，其中，q
l
代表电感器l2的质量因子，q
c
代表电容器c2的质量因子。为了在不改变二次谐波滤波器的谐振频率(例如2fo)的情况下增加z
in
(更具体地说，增加rp)，需要增加l2并且需要减少c2。同时，电压增益av将逐渐减小到单元增益。在具有电感器l
31
和l
32
的情况下，优选地是增加l3而不是增加l2，以便在不牺牲电压增益a
v
的情况下增加阻抗z
in2
，从而优化lc振荡器10的整体性能。
[0033]
与现有技术相比，图1a所示的lc振荡器10可以有效地增加二次谐波频率2fo处的阻抗z
in2
，从而改善与噪声有关的性能(例如，较少的相位噪声)和效率(例如，与功耗，噪声
和信号摆幅有关的质量因子(figure of merit，fom))。图1a中所示的lc振荡器10的另一个优点是，二次谐波滤波器跟踪由基频谐振回路引起的变化。例如，当电容c1变化并且基频谐振回路的谐振频率因此相应地减小(例如，fo减小)时，二次谐波滤波器的谐振频率也将减小，大体上跟踪二次谐波频率(例如，跟踪2fo)。另外，由于基频谐振回路和二次谐波滤波器都不会被晶体管(例如p型晶体管mp和n型晶体管mn)分开，所以电感器l
11
，l
12
，l2，l
31
和l
32
可以布置在一起，更具体地，如图1b所示，电感器l
11
，l
12
，l2，l
31
和l
32
可以由没有分割的连续金属层实现。即使在一些实施例中省略了电感器l
31
和l
32
，由没有分割的连续金属层实现的电感器l
11
，l
12
和l2也具有类似优点。在这种情况下，制程变异对这些部件的影响可以彼此非常相似或基本相同，因此由于制程变异引起的这些部件之间的失配(例如相对差异)可被最小化，这可以最小化性能对制程变异的敏感性。
[0034]
应当注意，第一晶体管和第二晶体管不限于使用不同类型的晶体管。图2根据本发明实施例示出lc振荡器20的图。lc振荡器20与图1a所示的lc振荡器10非常相似，主要区别在于第一晶体管和第二晶体管均由p型晶体管(例如，mp1和mp2)实现，至少一个电容器由电容器c
21
和c
22
实现，其中p型晶体管mp1和mp2的源极端耦合至电源电压端，电容器c
21
耦合在p型晶体管mp1的漏极端与接地电压端之间，电容器c
22
耦合在p型晶体管mp2的漏极端与接地电压端之间。电感器l2的中心抽头耦合到接地电压端。lc振荡器20的优点和性能类似于lc振荡器10的优点和性能，为简洁起见，在此不再重复相关的细节。
[0035]
图3根据本发明实施例示出lc振荡器30的图。lc振荡器30与图2所示的lc振荡器20非常相似，主要区别在于第一晶体管和第二晶体管均由n型晶体管(例如，mn1和mn2)实现，其中n型晶体管mn1和mn2的源极端耦合到接地电压端，电容器c
21
耦合在n型晶体管mn1的漏极端与电源电压端之间，电容器c
22
耦合在n型晶体管mn2的漏极端与电源电压端之间，并且电感器l2的中心抽头耦合到电源电压端。lc振荡器30的优点和性能类似于lc振荡器10的优点和性能，为简洁起见，在此不再重复相关的细节。
[0036]
由于二次谐波滤波旨在滤波共模电流，因此可以在共模电流流经的路径上进一步添加任何附加滤波器，以建立双二次谐波滤波。更具体地，可以在图2所示的lc振荡器20中流过共模电流的路径上或图3所示的lc振荡器30中流过共模电流的路径上添加尾滤波器(tail filter)。以lc振荡器20为例，可以将尾滤波器(例如，并联连接的电感器l
tail
和电容器c
tail
)耦合到p型晶体管mp1和mp2的源极端，以配置如图4所示的lc振荡器40，在图4中，为简洁起见，lc振荡器40的共模信号路径上的二次谐波频率2fo处的阻抗zcm
high
标记为“zcm
high
@2fo”。类似地，尾滤波器(例如，并联连接的电感器l
tail
和电容器c
tail
)可以耦合到电感器l2的中心抽头处，以配置如图5所示的lc振荡器50，在图5中，为简洁起见，lc振荡器50的共模信号路径上的二次谐波频率2fo处的阻抗zcm
high
标记为“zcm
high
@2fo”。与仅使用尾滤波器相比，lc振荡器40或50与电容器变化相关的相位噪声灵敏度可以大大降低。可以通过类推方法将尾滤波器添加到振荡器30中，因此为了简洁起见在此不再重复描述。
[0037]
图6a根据本发明的实施例示出双核振荡器60的图。特别地，双核振荡器可以包括彼此相同的第一lc振荡器和第二lc振荡器。例如，双核振荡器60的上半部分可以视为第一lc振荡器，双核振荡器60的下半部分可以视为第二lc振荡器，其中第一lc振荡器和第二lc振荡器中的每一个可以由图1a所示的lc振荡器10实现，第一lc振荡器的第二部分电感器耦合到第二lc振荡器的第二部分电感器。应当注意，第一lc振荡器的第二部分电感器和第二
lc振荡器的第二部分电感器由电感器l
21
和l
22
实现，其中电感器l
21
的中心抽头耦合到电感器l
22
的中心抽头，并且电感器l
21
和l
22
都具有电感l2。更具体地，电感器l
21
的上部和电感器l
22
的上部的组合可以被认为是第一lc振荡器的第二部分电感器，并且电感器l
21
的下部和电感器l
22
的下部的组合可以被视为第二lc振荡器的第二部分电感器。此外，如图6b所示，所有电感器(例如，第一lc振荡器和第二lc振荡器中的电感器l
11
/l
12
和电感器l
31
/l
32
，以及电感器l
21
/l
22
)都可以由没有分割的连续的金属层实现。
[0038]
在一些实施例中，lc振荡器10的替代设计可以应用于双核振荡器60，例如可以省略双核振荡器60的第一lc振荡器和第二lc振荡器内的电感器l
31
和l
32
。类似地，当省略第一lc振荡器和第二lc振荡器中的电感器l
31
和l
32
时，双核振荡器60内的所有电感器(例如，第一lc振荡器和第二lc振荡器两者中的电感器l
11
/l
12
以及电感器l
21
/l
22
)也可以由没有分割的连续金属层实现。具有或不具有电感器l
31
和l
32
的双核振荡器60的设计可以参考与图1a的实施例有关的描述，为简洁起见，在此不再赘述。
[0039]
在一些实施例中，在图6a和6b中所示的第二lc振荡器内的p型晶体管mp和n型晶体管mn可以省略。例如，如图7a所示的双核振荡器70的下半部分所示，第二lc振荡器可以用第二lc谐振回路(例如，其中没有晶体管)代替。由于双核振荡器60和双核振荡器70之间的唯一区别在于是否在第二lc振荡器中配置了p型晶体管mp和n型晶体管mn，所以为简洁起见，不再重复双核振荡器70的其他细节。类似地，如图7b所示，所有的电感器(例如，第一lc振荡器和第二lc振荡器中的电感器l
11
/l
12
和电感器l
31
/l
32
，以及电感器l
21
/l
22
)都可以由没有分割的连续金属层实现。
[0040]
由于双核振荡器60和70基于图1a所示的架构，双核振荡器60和70都具有lc振荡器10的所有优点。此外，与使用单个lc振荡器(例如，lc振荡器10、20、30、40和50中的任何一个)相比，双核振荡器60和70可以有效地使输出信号摆幅/功率加倍，从而在效率(例如，fom)不变的情况下等效地降低了整体相位噪声(例如，改善3db)。
[0041]
简言之，本发明的实施例提供一种具有嵌入式二次谐波滤波器的lc振荡器，该lc振荡器将基本谐振回路和二次谐波滤波器组合成一个lc网络。该lc振荡器可以在不牺牲电压增益的情况下有效地增加与二次谐波信号相关的阻抗，并且由于可以通过如实施例中所示的适当布局来最小化电容器和电感器的失配，因此可以最小化制程变异对整体性能的影响。与现有技术相比，本发明的实施例不会大大增加总体成本。因此，本发明可以改善lc振荡器的整体性能而不会或者不太可能引起任何副作用。
[0042]
本发明虽以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明的范围，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。