具有动态偏置的RF缓冲器电路制造技术

用于压控振荡器(VCO)的RF缓冲器电路包括动态偏置电路以选择性对输出电压波形的相位进行翻转。在CMOS的实施方式中，在输出路径上应用PMOS/NMOS对。在高(电压)摆幅模式状况期间，对输出的相位进行翻转使得输出波形与出现在PMOS/NMOS对的栅极处的电压同相。由此该技术减小了栅极到漏极的峰值电压，并且允许采用经得起低相位噪声和低功耗的配置的MOS器件的可靠性提高。

【技术实现步骤摘要】
具有动态偏置的RF缓冲器电路本申请为分案申请，其原申请的申请日是2012年4月20日，申请号为201080047529.9，专利技术名称为“具有动态偏置的RF缓冲器电路”。
本专利技术大体涉及与诸如压控振荡器(VCO)之类的RF部件结合使用的RF缓冲器电路。
技术介绍
压控振荡器是在诸如RF通信系统的频率合成器之类的各种各样RF电子应用中所使用的公知的器件。不管它们的设计有何新发展，VCO仍然被认为是RF收发器中最关键的设计部件之一。通常，VCO最重要的参数是相位噪声、功耗和频率调谐范围。输出缓冲器电路经常用于对VCO的输出进行放大并且将VCO与负载状况进行隔离。为了满足3G无线通信标准中严格的相位噪声规范(例如CDMA1X和其它协议中的那些规范)，现有的VCO生成具有宽摆幅(wideswing)(通常达到3V)的差分输出电压。该宽电压摆幅往往减小位于缓冲VCO的输出的缓冲器电路中的CMOS晶体管的可靠性。施加到缓冲器的宽摆幅导致其高于缓冲器电路的晶体管上的理想的栅极到漏极的电压VGD和栅极到源极的电压VGS，由此使这些晶体管承受压力并且由于热载流子注入(HCI)和栅极氧化层击穿两者而产生可靠性问题。由于使用深亚微米工艺，可靠的操作是最重要的并且变得更具挑战性。另外，在便携无线设备中，保持功耗最小化以延长电池寿命是有利的。由于SAW滤波器被从收发器集成电路中去除，所以重要的是实现相位噪声性能，尤其是极端的相位噪声(faroutphasenoise)。期望VCO及其缓冲器电路在维持低相位噪声操作的同时实现低电流损耗和高可靠性的目标。
技术实现思路
用于压控振荡器(VCO)的RF缓冲器电路包括动态偏置电路以选择性地对输出电压波形的相位进行翻转。在CMOS的实施方式中，在输出路径中应用PMOS/NMOS对。在高(电压)摆幅模式状况期间，对输出的相位进行翻转以使输出的波形与出现在PMOS/NMOS对的栅极处的电压同相。由此该技术减小了栅极到漏极的峰值电压，并且允许采用经得起低相位噪声和低功耗的配置的MOS器件的可靠性提高。在示例性的实施例中，缓冲器电路包括第一晶体管和第二晶体管以及动态偏置电路，使得基于在第一晶体管和第二晶体管中的一个或另一个处的输入电压摆幅状况，第一晶体管和第二晶体管上的缓冲后的输出电压基本上与第一晶体管或第二晶体管的输入端处的振荡电压同相，或基本上与该振荡电压异相。由此，可以减小晶体管上的峰值电压，允许采用经得起低相位噪声和低功耗的配置的晶体管的可靠性提高。动态偏置可以包括对晶体管偏置状况进行切换的切换电路，使得在高输入电压摆幅模式状况期间，缓冲后的输出电压基本上与第一晶体管和第二晶体管的输入端处的振荡电压相位对准。在低输入电压摆幅模式状况期间，缓冲后的输出电压基本上与振荡输入电压异相。可以包括振幅检测器/控制器来检测输入电压摆幅模式状况，并且通过控制RF缓冲器电路的偏置电压来对该状况进行响应，以便实现相位对准。附图说明图1是VCO核心电路以及具有独立的上缓冲器电路部分和下缓冲器电路部分的典型RF缓冲器电路的电路级图。图2是VCO核心电路的替代结构的电路级图。图3示出了图1所示的上缓冲器电路部分和下缓冲器电路部分的各个节点处的电压特性。图4是根据一个示例性实施例的RF缓冲器电路的示意图，其中以框图示出下缓冲器电路部分，而以更详细的电路细节示出上电路部分。图5是根据另一个典型实施例的RF缓冲器电路的示意图，其中以框图示出上缓冲器电路部分和下缓冲器电路部分，而也以更详细的电路细节示出上缓冲器电路部分。图6A和图6B示出了图5所示的上缓冲器电路部分中的分别用于实施两个开关模块的示意图。图7A和图7B示出了用于实施图5所示的振幅检测器/控制器的替代示例性实施例。图8A和图8B是分别示出了图1和图4(和图5)所示RF缓冲器电路的各个对应晶体管端子处的示例性电压波形的曲线图。具体实施方式下面结合附图给出的详细描述旨在作为本专利技术的示例性实施例的描述，并且并非表示能够实践本专利技术的仅有实施例。该描述中使用的词语“示例性”表示“用作示例、例子或举例说明”，并且不应当必然被认为相对于其它示例性实施例是优选或有利的。该详细描述包括用于提供对本专利技术的示例性实施例的全面理解的目的的特殊细节。本领域技术人员应当清楚的是，可以在不使用这些特殊细节的情况下实践本专利技术的示例性实施例。在一些例子中，以框图的形式示出公知的结构和设备，以便避免使本文提出的示例性实施例的新颖性变得模糊。本专利技术涉及当结合VCO使用时具有特殊功用的缓冲器电路。为了方便起见，将与VCO核心电路相连来描述该缓冲器电路。然而，应当理解的是，如将在下文进一步介绍的，该缓冲器电路可以具有其它应用。为了提供用于教导本专利技术的基础，首先参考现有技术的缓冲器电路和相伴的VCO核心电路以及其中所预期的时变电压。图1是VCO核心电路20以及具有单独的上缓冲器电路部分12和下缓冲器电路部分14的典型RF缓冲器电路10的电路级图。RF缓冲器电路10包括CMOS对M1、M2和CMOS对M3、M4。在此，RF缓冲器电路10用于对差分对振荡电压信号(Vtank-和Vtank+)进行缓冲，该信号出现在VCO核心电路20的输出端并且分别被作为输入电压信号在差分输入对节点N1和N2处被接收。上缓冲器电路部分12和下缓冲器电路部分14对电压信号对Vtank-和Vtank+进行缓冲以在缓冲器电路输出节点N3和N4处生成缓冲后的输出电压信号对Vlo+和Vlo-。器件M1和M3是PMOS晶体管。M1和M3的源极端被偏置在Vdd(通常是1.25-1.5V)。器件M2和M4是NMOS晶体管。M2和M4的源极端与地耦合。M1-M4的栅极经由偏置电阻器R1-R2连接到电压源Vp或Vn。Vp和Vn的命名用于匹配被偏置的晶体管器件的类型(即PMOS或NMOS)并且通常被设定在Vdd/2的电压电平。两个AC耦合电容器对Ca、Cb被耦合到输入对节点N1、N2的每端，并且另一端耦合到器件M1-M4的对应栅极端。VCO核心电路20是典型的VCO结果，并且包括电感器L1和供应可变电容的变容二极管C1，并且该电感器L1和变容二极管C1并联连接以形成LC谐振储能电路。一对交叉耦合的晶体管器件M5、M6与LC储能电路(LCtank)并联连接以实现VCO核心电路的增益功能。偏置电压Vdd被施加在电感器L1的中点。VCO核心电路20适于在诸如移动电话之类的移动通信设备中使用。移动电话有时候比起其它时候要求获取更高的功耗。有意地从低功率模式切换到高功率模式以增加例如电话灵敏度是已知的。例如，一种已知的技术包括当移动电话接收到的信噪比(SNR)已经低于阈值时将该电话切换到高功率模式。在高功率模式中，以比低功率模式中的电平高的电平来在VCO核心电路20处供应偏置电压Vdd。结果是，每个电压信号Vtank-和Vtank+的输出差分电压摆幅在高功率模式中更高，并且可能高到3V的差分峰值，以便满足当例如在CDMA1X网络的PCS(1900Mhz)无线通信频带中工作时严格的相位噪声规范的要求。典型的低功率模式，差分输出摆幅大约是1.5V。当在高功率模式和低功率模式之间切换时，RF缓冲器电路10不可避免地经历与VCO核心电路20的输出端处的电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，包括：设置输出输出信号的缓冲器电路的操作模式，其中所述操作模式被设置为操作的第一模式和操作的第二模式中的一种，其中当所述操作模式为所述第一模式时所述输出信号基本上与所述缓冲器电路所接收的输入信号同相，并且其中当所述操作模式为所述第二模式时所述输出信号基本上与所述输入信号异相。

【技术特征摘要】
2009.10.21 US 12/603,3791.一种用于RF缓冲器电路的方法，包括：在输出输出信号的所述RF缓冲器电路的高摆幅模式状况和低摆幅模式状况之间检测，所述RF缓冲器电路包括串联耦合的第一晶体管和第二晶体管以及用于动态地偏置所述第一晶体管和第二晶体管的栅极和源极处的电压的动态偏置电路，其中在所述高摆幅模式状况期间所述输出信号基本上与所述RF缓冲器电路所接收的输入信号同相，并且其中在所述低摆幅模式状况期间所述输出信号基本上与所述输入信号异相。2.如权利要求1所述的方法，其中所述高摆幅模式状况和所述低摆幅模式状况是由比较器检测的。3.如权利要求1所述的方法，其中所述高摆幅模式状况和所述低摆幅模式状况是由振幅检测器/控制器检测的。4.如权利要求1所述的方法，其中所述高摆幅模式状况和所述低摆幅模式状况是基于所述输入信号的平均振幅与阈值的比较来检测的。5.如权利要求4所述的方法，其中所述输入信号的所述平均振幅基于所述输入信号的平均电压水平。6.一种包括串联耦合的第一晶体管和第二晶体管的RF缓冲器电路，包括：动态偏置电路，用于动态地偏置所述第一晶体管和第二晶体管的栅极和源极处的电压，其中在高摆幅模式状况期间所述RF缓冲器电路的输出电压基本上与所述RF缓冲器电路接收的振荡输入电压同相，并且其中在低摆幅模式状况期间所述输出电压基本上与所述振荡输入电压异相。7.如权利要求6所述的RF缓冲器电路，其中所述振荡输入电压是从压控振荡器(VCO)核心接收的。8.如权利要求6所述的RF缓冲器电路，还包括振幅检测器/控制器，其用于设置所述动态偏置电路的偏置电压。9.如权利要求8所述的RF缓冲器电路，其中所述振幅检测器/控制器基于所述RF缓冲器电路接收的输入电压来设置所述动态偏置电路的所述偏置电压。10.如权利要求8所述的RF缓冲器电路，其中所述振幅检测器/控制器包括比较器来设置所述动态偏置电路的所述偏置电压。11.如权利要求6所述的RF缓冲器电路，还包括第一晶体管和第二晶体管，其中所述第一晶体管的漏极端子和所述第二晶体管的漏极端子相连接以产生所述输出电压。12.如权利要求6所述的RF缓冲器电路，其中所述动态偏置电路包括在集成电路中。13.如权利要求12所述的RF缓冲器电路，其中所述集成电路被结合在蜂窝电话、膝上电脑、个人数字助理(PDA)和笔记本电脑之一中。14.如权利要求12所述的RF缓冲器电路，其中所述集成电路被结合在移动通信设备中，所述移动通信设备被配置为利用码分多址(CDMA)、宽带码分多址(WCDMA)、全球移动通信系统(GSM)、长期演进(LTE)、和蓝牙中的至少一种来通信。15.一种用于RF缓冲器电路的装置，包括：振幅检测器/控制器，其被配置为基于所述RF缓冲器电路接收的输入信号设置所述RF缓冲器电路的动态偏置电路的偏置电压，其中所述RF缓冲器电路包括串联耦合的第一晶体管和第二晶体管，并且所述偏置电压被偏置在所述第一晶体管和第二晶体管的栅极和源极处，其中在所述RF缓冲器电路的高摆幅模式状况期间所述RF缓冲器电路的输出信号基本上与所述输入信号同相，并且其中在所述RF缓冲器电路的低摆幅模式状况期间所述输出信号基本上与所述输入信号异相。16.如权利要求15所述的装置，其中所述振幅检测器/控制器包括比较器并且其中基于所述比较器的比较器输出设置所述偏置电路的所述偏置电压。17.如权利要求16所述的装置，其中所述比较器输出基于所述RF缓冲器电路接收的所述输入信号的平均电平和阈值之间的比较。18.如权利要求17所述的装置，其中所述振幅检测器/控制器还包括被配置为生成所述阈值的可变阈值生成器。19.如权利要求15所述的装置，其中所述振幅检测器/控制器包括处理器，所述处理器被配置为基于比较器提供的逻辑电平输出设置所述动态偏置电路的所述偏置电压。20.如权利要求19所述的装置，其中所述处理器控制阈值的值并且其中所述阈值的值与所述输入信号的平均电平进行比较。21.一种用于射频RF缓冲器电路的方法，包括:通过具有比较器的振幅检测器/控制器来设置位于所述RF缓冲器电路的第一晶体管和该RF缓冲器电路的第二晶体管处的动态偏置电路，其中所述第一晶体管和第二晶体管串联耦合，并且所述动态偏置电路用于动态地偏置所述第一晶体管和第二晶体管的栅极和源极处的电压，其中所述RF缓冲器电路的所述动态偏置电路被设置成使得：基于所述第一晶体管和所述第二晶体管中的一个或另一个处的输入电压摆幅状况，所述第一晶体管和所述第二晶体管上的缓冲输出电压基本上与所述第一晶体管的输入端子和所述第二晶体管的输入端子处的振荡电压同相或基本上与所述振荡电压异相。22.如权利要求21所述的方法，其中所述动态偏置电路是基于所述振幅检测器/控制器的输出设置的，所述振幅检测器/控制器的输出是基于所述比较器的比较器输出的。23.如权利要求22所述的方法，其中所述比较器输出基于所述振荡电压的平均电平与阈值之间的比较。24.一种用于射频RF缓冲器电路的方法，包括：检测包括上缓冲器电路部分和下缓冲器电路二部分的所述RF缓冲器电路的所述上缓冲器电路部分的输入端子处的摆幅模式状况，其中所述上缓冲器电路部分包括串联耦合的第一晶体管和第二晶体管，并且所述摆幅模式状况包括高摆幅模式状况和低摆幅模式状况；并且响应于所检测的摆幅模式状况，通过包括比较器的振幅检测器/控制器来设置所述RF缓冲器电路的动态偏置电路的被偏置在所述第一晶体管和第二晶体管的栅极和源极处的偏置电压，所述RF缓冲器电路将输出端子处的电压与偏置输入端子处的电压相位对准。25.如权利要求24所述的方法，其中所述偏置电压是基于所述振幅检测器/控制器的输出设置的，所述振幅检测器/控制器的输出是基于所述比较器的比较器输出的。26.如权利要求24所述的方法，其中所检测的摆幅模式状况是高摆幅模式...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·兰加拉詹，C·米什拉，
申请(专利权)人：高通股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US