拍频高Q谐振器振荡器制造技术

本发明专利技术涉及拍频高Q谐振器振荡器。用于使用自身注入锁定振荡器(600)产生低功率、低相位噪声振荡信号的方法和系统。优选实施例包含(例如)：使用振荡器(602)产生具有基频分量、M次谐波分量和P次谐波分量的信号(604)，其中M和P是选定的整数并且M>P>1；通过包括至少两个谐振器的一或多个带通滤波器(612、614)对所述信号进行滤波，所述滤波器(612、614)具有Q因子≥5，所述滤波器(612、614)经配置以通过所述M次和P次谐波分量(616、618)；将所述滤波的M次和P次谐波分量(616、618)相乘以产生相乘的信号(622)，并且使用低通滤波器(624)对所述相乘的信号(622)进行滤波以通过所述滤波的M次和P次谐波分量(616、618)之间的差分，所述差分包括滤波的拍频波形(606)；以及将所述滤波的拍频波形(606)注入到所述振荡器(602)中以由此将所述信号(604)注入锁定到所述滤波的拍频波形(606)。

【技术实现步骤摘要】
拍频高Q谐振器振荡器
本申请涉及振荡器电路，且更具体地说，涉及低功率、低相位噪声时钟信号产生器。
技术介绍
应注意下文论述的点可能反映从所公开的专利技术范围获得的事后认知，并且不必承认是现有技术。存在用于产生电子装置时钟信号的多种方式，所述方式具有不同类型的局限性。举例来说，石英晶体振荡器可用于约200MHz以下的频率，并且可提供具有极少相位噪声的高度稳定的频率输出，但是可对温度和振动敏感并且可面临大小或频率局限性。连接到分配器的LC振荡器以及MEMS(微机电系统)振荡器，例如，体声波(BAW)谐振器，也可用于产生情景地有用的时钟。然而，由于在振荡器频率下的过渡，分配器电路一般是功率渴求的，并且在相对低频率(例如，200MHz到1GHz)下的MEMS振荡器可能是过大的而无法在装置面积预算内适配。图2A示出了振荡器的锁定范围曲线200的实例。对于在特定基频ω0202下操作的振荡器，将使得振荡器注入锁定(在下文中解释)的注入到其中的信号的幅度和频率的范围被称作振荡器的“锁定范围”204。当第一振荡器被在附近频率下操作的第二振荡器干扰并且耦合足够强且频率足够接近时，第二振荡器可“俘获”第一振荡器，使得第一振荡器在与第二振荡器近似地相同的频率下振荡。这就是注入锁定。也就是说，对于具有不同操作频率的第一和第二振荡器，存在将使得第一振荡器注入锁定到第二振荡器的操作频率的第二振荡器信号的最小幅度。在该最小幅度下，存在其中第一振荡器将不锁定的区206。用于注入锁定的最小幅度是通过第一和第二振荡器的操作频率、那些频率之间的差分和振荡器的相应的结构初步确定的。当第二振荡器的信号在足够的幅度下继续注入到第一振荡器中时，第一振荡器将在第二振荡器的操作频率下(近似地)继续输出信号。参见例如，关于注入锁定并且尤其关于振荡器对注入信号的时间依赖性灵敏度的图5。注入锁定也可在以下情形中出现：当第一振荡器在第二振荡器的操作频率的谐波附近的频率下操作时；或当第一振荡器的操作频率的谐波在第二振荡器的操作频率附近时；或当第一振荡器的操作频率的谐波接近第二振荡器的操作频率的谐波时。振荡器的输出可以被输入回振荡器中以诱发自身注入锁定。在振荡器上由足够的群组延迟振荡器输出信号诱发的自身注入锁定可在自身注入锁定振荡器输出信号中引起显著降低相位噪声。图2B示意性地示出了自身注入锁定锁相回路208(SILPLL)的实例。参见L.Zhang、A.Daryoush、A.Poddar和U.Rohde的“使用自身注入锁定和锁相回路(SILPLL)的振荡器相位噪声减少(Oscillatorphasenoisereductionusingself-injectionlockedandphaselockedloop(SILPLL))”，2014IEEE国际频率控制会议(FCS)，台北，2014，第1-4页，其以引用的方式并入本文中。如图所示，SILPLL208包括：压控振荡器210(VCO)；自身锁相回路212(SPLL)；1km到3km光纤光缆214，其用于引入群组延迟使得注入锁定将减小VCO210输出中的相位噪声；以及自身注入锁定(SIL)块216，其将群组延迟VCO210输出注入回到VCO210中，这些组件成环形串联连接。VCO210的输出包括SILPLL208的输出(通过10dB耦合器)，以及反馈给SPLL212。(MZM表示马赫曾德尔调制器。)如所示的SILPLL208中的相位噪声改进与通过光纤214引入的延迟时间成正比。由于实现相位噪声改进所需的光纤214的长度，存在如所示实现VCO210输出中的有效相位噪声降低的SILPLL208所需的装置区域上的层。图2C示意性地示出了自身注入锁定振荡器218的实例。参见Heng-ChiaChang的“自身注入锁定振荡器的稳定性分析(Stabilityanalysisofself-injection-lockedoscillators)”，关于微波理论和技术的IEEE会刊，第51卷，第9号，第1989-1993页，2003年9月；以及Heng-ChiaChang“自身注入锁定振荡器中的相位噪声-理论和实验(Phasenoiseinself-injection-lockedoscillators-theoryandexperiment)”，在关于微波理论和技术的IEEE会刊中，第51卷，第9号，第1994-1999页，2003年9月；两者都以引用的方式并入本文中。来自振荡器222的输出信号220由环行器224引导到经调谐到与振荡器222相同的频率的延迟线、高Q谐振器，或放大器226(例如，测量近似地为长度五到六厘米且含有驻波的微波谐振腔)。(所描绘的功率分配器和频谱仪在此处不相关。)延迟线、高Q谐振器或放大器226的群组延迟输出228随后通过环行器224被引导回到振荡器222。群组延迟输出228随后被注入到振荡器222中，使得振荡器222锁定到其自身的群组延迟输出信号228。注入锁定也可以与环形振荡器一起使用以提供频分。图2D示出了三分频注入锁定分频器230(ILFD)的晶体管级图的实例。参见X.Yi、C.C.Boon、M.A.Do、K.S.Yeo和W.M.Lim的“具有单相输入的基于环形振荡器的注入锁定分频器的设计(DesignofRing-Oscillator-BasedInjection-LockedFrequencyDividersWithSingle-PhaseInputs)”，IEEE微波和无线组件快报，第21卷，第10号，第559-561页，2011年10月，其以引用的方式并入本文中。图2C中所示的电路是基于3级环形振荡器232的。如图2C中所示，输入信号RF是通过电容器和电感器(偏压器)连接到注入电路节点Vinj的。Vinj对三个晶体管M1、M2和M3的栅极加偏压，所述晶体管是源极到漏极M3到M2到M1到M3连接的。M1的源极连接到节点V1，M2的源极连接到节点V2，并且M3的源极连接到节点V3。Cp,1、Cp,2和Cp,3分别是节点V1、V2和V3的寄生电容。晶体管234的源极连接到VDD，其漏极连接到节点V1，并且通过振荡器232加偏压输入电压Vb。Vb是环形振荡器232的控制电压；Vb通过增大或减小穿过对应的PMOS晶体管234、238、242可供每个级使用的电流来控制环形振荡器232的频率。晶体管236的源极连接到接地，其漏极连接到节点V1，并且其偏压连接到节点V3和M3的源极。晶体管238的源极连接到VDD，其漏极连接到节点V2，并且通过振荡器232加偏压输入电压Vb。晶体管240的源极连接到接地，其漏极连接到节点V2，其偏压连接到节点V1。晶体管242的源极连接到VDD，其漏极连接到节点V3，并且通过振荡器232加偏压输入电压Vb。晶体管244的源极连接到接地，其漏极连接到节点V3，其偏压连接到节点V2。晶体管246的源极连接到接地，其漏极连接到振荡器输出OUT，并且其偏压连接到节点V3和M3的源极。鉴于前述内容，NMOS晶体管236是第一放大器，其栅极由PMOS晶体管242驱动漏极电压V3，并且在节点V1处具有输出。NMOS晶体管240是第二放大器，其栅极由PMOS晶体管23本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种产生时钟信号的方法，其包括以下动作：a)使用振荡器产生具有基频分量、M次谐波分量和P次谐波分量的信号，其中M和P是选定的整数并且M>P>1；b)通过包括至少两个谐振器的一或多个带通滤波器对所述信号进行滤波，所述滤波器具有Q因子≥5，所述带通滤波器经配置以分别通过所述M次和P次谐波分量作为滤波的M次和P次谐波分量；c)将所述滤波的M次和P次谐波分量相乘以产生相乘的信号，并且使用低通滤波器对所述相乘的信号进行滤波以通过所述滤波的M次和P次谐波分量之间的差分，所述差分包括滤波的拍频波形；以及d)将所述滤波的拍频波形注入到所述振荡器中以由此将所述信号注入锁定到所述滤波的拍频波形，由此所述信号的所述基频是自身注入锁定的。

【技术特征摘要】
2017.08.29 US 15/690,1441.一种产生时钟信号的方法，其包括以下动作：a)使用振荡器产生具有基频分量、M次谐波分量和P次谐波分量的信号，其中M和P是选定的整数并且M>P>1；b)通过包括至少两个谐振器的一或多个带通滤波器对所述信号进行滤波，所述滤波器具有Q因子≥5，所述带通滤波器经配置以分别通过所述M次和P次谐波分量作为滤波的M次和P次谐波分量；c)将所述滤波的M次和P次谐波分量相乘以产生相乘的信号，并且使用低通滤波器对所述相乘的信号进行滤波以通过所述滤波的M次和P次谐波分量之间的差分，所述差分包括滤波的拍频波形；以及d)将所述滤波的拍频波形注入到所述振荡器中以由此将所述信号注入锁定到所述滤波的拍频波形，由此所述信号的所述基频是自身注入锁定的。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述带通滤波器包括经配置以抵消所述拍频中的热漂移的两个BAW谐振器。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述带通滤波器经定位以接收大体上相同的绝对漂移诱发现象，并且其中所述滤波器经配置以对绝对漂移诱发现象作出相同响应。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述产生包括使用谐波发生器以使用所述振荡器的输出产生所述信号。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述拍频是所述基频的N次谐波。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述振荡器是包括N个级的环形振荡器，并且其中所述注入包括将所述滤波的拍频波形注入到所述N个级中的每一个中。7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括使用所述带通滤波器在所述信号的所述M次和P次谐波分量中诱发群组延迟。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述相乘包括对所述M次和P次谐波分量的总和求平方值。9.根据权利要求1所述的方法，其中M-P＝1。10.根据权利要求1所述的方法，其中M-P>1。11.根据权利要求1所述的方法，其中所述带通滤波器相对于相同衬底附连。...

【专利技术属性】
技术研发人员：比乔伊·巴赫尔，巴赫尔·哈龙，阿里·基埃，
申请(专利权)人：德州仪器公司，
类型：发明
国别省市：美国,US