低功率低相位噪声的振荡器制造技术

本公开描述了低功率、低相位噪声(LPLPN)振荡器。LPLPN振荡器(100)包括谐振器负载(102)、放大器级(104)和环路增益控制电路(106)。谐振器负载(102)被构造成以主谐振频率谐振。放大器级(104)与谐振器负载(102)耦合以产生在主谐振频率处达到峰值的环路增益。环路增益控制电路(106)与放大级(104)耦合，并被构造成调节环路增益以便于放大器级(104)在主谐振频率处生成振荡信号并在寄生并联谐振频率(PPRF)处抑制噪声信号。

Low power and low phase noise oscillator

The low power, low phase noise (LPLPN) oscillator is described in this public. The LPLPN oscillator (100) consists of a resonator load (102), an amplifier stage (104), and a loop gain control circuit (106). The resonator load (102) is constructed to resonate at the main resonant frequency. The amplifier stage (104) is coupled to the resonator load (102) to produce a loop gain that reaches a peak at the main resonant frequency. The loop gain control circuit (106) is coupled with the amplification stage (104), and is configured to regulate the loop gain so that the amplifier stage (104) can generate oscillating signals at the main resonance frequency and suppress the noise signal at the parasitic parallel resonant frequency (PPRF).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】低功率低相位噪声的振荡器
技术介绍
常规的基于微机电系统(基于MEMS的)的振荡器采用各种技术来避免闩锁效应。当振荡器生成两个差分输出(其中一个输出保持在高电压(例如，内部电源电压VDD)并且另一个保持在低电压(例如，内部接地电压VSS))时，发生闩锁效应。因此，经历闩锁的振荡器通常不生成任何振荡信号。一种方法涉及将电容器添加到振荡环的源端以增加振荡环的有效跨导。通常，增加的电容器的电容越大，有效跨导越大，并因此更有可能避免闩锁效应。然而，为了防止各种弛豫振荡条件，增加的电容器的电容通常不超过振荡环的负载电容。根据负载电容的大小，可能会抑制增加的电容器提供足够用于提高有效跨导的电容。因此，增加的电容器可能不足以避免闩锁效应，同时防止弛豫振荡条件。替代方法涉及增大振荡环的可操作电流，这有助于增加振荡环的有效跨导。然而，这种替代方法需要更大的功耗，这可能为包含振荡器的电路带来各种设计约束。除了闩锁效应之外，常规的基于MEMS的振荡器通常由于焊线的寄生电感而表现出寄生效应。这些焊线可以在MEMS芯片和与MEMS芯片交互的集成电路之间找到。在某些条件下，这些寄生效应可能会中断振荡器的操作。例如，焊线的寄生效应可以在寄生并联谐振频率(parasiticparallelresonantfrequency，PPRF)下将振荡器的环路增益推高到单位元素以上。因此，具有这些寄生效应的振荡器可生成在其预期可操作频率范围之外振荡的噪声信号。
技术实现思路
在一个实施方案中，LPLPN振荡器包括谐振器负载、放大器级和环路增益控制电路。谐振器负载被构造成以主谐振频率谐振。放大器级与谐振器负载耦合以产生在主谐振频率处达到峰值的环路增益。环路增益控制电路与放大器级耦合，并且其被构造成调节环路增益以用于促进放大器级在主谐振频率处生成振荡信号，并在寄生并联谐振频率(PPRF)处抑制噪声信号。在另一实施方案中，LPLPN振荡器包括基于微机电系统(基于MEMS)的谐振器、一对交叉耦合的放大器和电感-电容(LC)退化电路。基于MEMS的谐振器被构造成以主谐振频率谐振。该对交叉耦合的放大器与基于MEMS的谐振器耦合，以生成在主谐振频率处达到峰值的环路增益。LC退化电路与该对交叉耦合的放大器耦合，并且其被构造成调节环路增益以用于促进该对交叉耦合的放大器在主谐振频率处生成振荡信号并在寄生并联谐振频率(PPRF)处抑制噪声信号。在又一实施方案中，LPLPN振荡器包括电感-电容(LC)负载网络、第一级放大器、第二级放大器和环路增益控制电路。电感-电容(LC)负载网络被构造成以主谐振频率谐振。第一级放大器与LC负载网络的第一端耦合。第二级放大器与第一级放大器交叉耦合，并且与LC负载网络的第二端耦合，以与第一级放大器共同产生环路增益。环路增益控制电路被耦合在第一级放大器和第二级放大器之间。环路增益控制电路被构造和路由成在主谐振频率处将环路增益增加到单位元素以上，并且在寄生并联谐振频率(PPRF)处将环路增益降低到单位元素以下。在又一实施方案中，LPLPN振荡器系统包括第一管芯和第二管芯。第一管芯具有基于微机电系统(基于MEMS)的谐振器，其被构造成以主谐振频率谐振。第二管芯具有一对交叉耦合的放大器，其与基于MEMS的谐振器耦合以产生在主谐振频率处达到峰值的环路增益。第二管芯还具有与该对交叉耦合的放大器耦合的LC退化电路。LC退化电路被构造成调节环路增益以用于促进该对交叉耦合的放大器在主谐振频率处生成振荡信号并在寄生并联谐振频率(PPRF)处抑制噪声信号。为了将基于MEMS的谐振器与该对交叉耦合的放大器耦合，LPLPN振荡器系统还包括将第一管芯与第二管芯连接的互连。根据本公开的一个方面，互连形成导致PPRF的寄生结构。附图说明图1示出根据本公开的一个方面的示例性低功率低相位噪声(LPLPN)振荡器系统的示意图。图2示出根据本公开的一个方面的具有交叉耦合的放大器对的示例LPLPN振荡器系统的示意图。图3示出根据本公开的一个方面的具有退化/衰减电路的示例LPLPN振荡器系统的示意图。图4示出根据本公开的一个方面的示例谐振器的示意图。图5示出根据本公开的一个方面的示例基于微机电系统(基于MEMS)的振荡器系统的俯视图。图6示出根据本公开的一个方面的示例LPLPN振荡器系统的频谱波形。图7示出根据本公开的一个方面的包含LPLPN振荡器的示例锁相环(PLL)系统的示意图。图8示出根据本公开的一个方面的包含LPLPN振荡器的示例串行通信系统的示意图。图9示出根据本公开的一个方面的包含LPLPN振荡器的示例时钟抖动清除器系统的示意图。具体实施方式各附图中的相同附图标记指示相同的元件。该说明书包括低功率、低相位噪声(LPLPN)振荡器系统的细节和实施方案。从功能的角度来看，LPLPN振荡器系统提供了振荡环的环路增益被调节以确保振荡信号的振荡频率在振荡器系统的操作范围内的构造。在一个方面，所公开的构造提供了低功率解决方案来解决常规振荡器所遇到的闩锁效应。在另一方面，所公开的构造提供了低相位噪声解决方案来解决常规的基于MEMS的振荡器所遇到的寄生效应。例如，一个或更多个公开的实施例可以在各种系统和装置中实现，所述各种系统和装置包括专用数据处理装置(例如，如无线接入点的无线通信装置、远程环境监视器、路由器、交换机、计算机系统部件、介质访问单元)、移动数据处理装置(例如，无线客户端、蜂窝电话、智能电话、个人数字助理(PDA)、移动计算机、数码相机)、如计算机的通用数据处理装置或这些装置的组合。图1示出根据本公开的一个方面的示例性低功率低相位噪声(LPLPN)振荡器系统100的示意图。LPLPN振荡器系统100包括谐振器负载102、放大器级104和环路增益控制电路106。谐振器负载102经由第一连接112与放大器级104耦合。谐振器负载102被构造成以主谐振频率谐振。在一个示例实施方案中，主谐振频率可在300MHz至4GHz的范围内。谐振器负载102向放大器级104提供负载阻抗(ZL)，其有助于部分地限定放大器级104的环路增益(GLP)。放大器级104具有为由放大器级104内的一个或更多个放大晶体管限定的本征跨导(gm)的函数的有效跨导(Gm)。放大晶体管的本征跨导(gm)可以通过提供用于偏置放大晶体管的偏置电流的电流源来调节。当放大晶体管处于线性区域时，本征跨导(gm)随偏置电流增加。在被适当偏置时，放大器级104将沿着频谱产生(develop)环路增益(GLP)。例如，根据本公开的一个方面，放大器级104的环路增益被限定为如等式(1)所表示的负载阻抗(ZL)和放大器级104的有效跨导(Gm)的乘积。GLP＝ZL(Gm)等式(1)基于负载阻抗(ZL)的频率特性，环路增益(GLP)可以沿着频谱变化。通常，环路增益(GLP)在主谐振频率附近升高，使得环路增益(GLP)可以在主谐振频率处达到峰值。当环路增益(GLP)大于单位元素(例如，大于1)时，放大器级104将进入振荡模式，其中，放大器级104被配置成生成在主谐振频率振荡的输出信号108。当环路增益(GLP)小于单位元素(例如，小于1)时，放大器级104将进入公共模式，其中，放大器级104不生成振荡的任何输出信号108。取决于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种振荡器，包括：基于微机电系统的谐振器即基于MEMS的谐振器，其被构造成以主谐振频率谐振；一对交叉耦合的放大器，其与所述基于MEMS的谐振器耦合以产生在所述主谐振频率处达到峰值的环路增益；以及电感‑电容退化电路即LC退化电路，其与所述一对交叉耦合的放大器耦合并且被构造成调节所述环路增益以促进所述一对交叉耦合的放大器在所述主谐振频率处生成振荡信号并在寄生并联谐振频率即PPRF处抑制噪声信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.04.09 US 14/682,7261.一种振荡器，包括：基于微机电系统的谐振器即基于MEMS的谐振器，其被构造成以主谐振频率谐振；一对交叉耦合的放大器，其与所述基于MEMS的谐振器耦合以产生在所述主谐振频率处达到峰值的环路增益；以及电感-电容退化电路即LC退化电路，其与所述一对交叉耦合的放大器耦合并且被构造成调节所述环路增益以促进所述一对交叉耦合的放大器在所述主谐振频率处生成振荡信号并在寄生并联谐振频率即PPRF处抑制噪声信号。2.根据权利要求1所述的振荡器，其中，所述基于MEMS的谐振器包括被构造成处于所述主谐振频率的体声波谐振器即BAW谐振器,所述主谐振频率为1GHz或高于1GHz。3.根据权利要求1所述的振荡器，其中：所述基于MEMS的谐振器在具有与所述基于MEMS的谐振器耦合的第一焊盘的第一管芯上形成；所述一对交叉耦合的放大器在具有与所述一对交叉耦合的放大器耦合的第二焊盘的第二管芯上形成；以及连接所述第一焊盘和所述第二焊盘以形成导致所述PPRF的寄生结构的焊线。4.根据权利要求1所述的振荡器，其中：所述一对交叉耦合的放大器包括：具有第一源极节点的第一公共源放大器即第一CS放大器；以及与所述第一CS放大器交叉耦合的第二CS放大器，所述第二CS放大器具有第二源极节点；以及所述LC退化电路连接在所述第一源极节点和所述第二源极节点之间，以及所述LC退化电路包括源极电感器和源极电容器，以用于共同限定所述第一CS放大器和第二CS放大器的有效跨导。5.根据权利要求4所述的振荡器，其中：所述源极电容器和所述源极电感器被构造成提供所述一对交叉耦合的放大器的源极阻抗；以及所述源极阻抗在频率范围内变化，以用于提升在所述主谐振频率处的所述有效跨导同时降低在所述PPRF处的所述有效跨导。6.根据权利要求5所述的振荡器，其中，在所述主谐振频率处，所述源极阻抗接近零，使得所述有效跨导接近所述第一CS放大器和第二CS放大器的本征跨导以将所述交叉耦合的放大器的环路增益提高到单位元素以上。7.根据权利要求4所述的振荡器，其中：所述第一CS放大器包括：与所述基于MEMS的谐振器耦合以接收负载阻抗的第一漏极节点，所述第一漏极节点被配置成从第一电流源接收第一电流；第一栅极，其被配置成调节在所述第一漏极节点处的第一输出电压；并且所述第一源极节点与所述LC退化电路的第一端子耦合；以及所述第二CS放大器包括：与所述基于MEMS的谐振器耦合以接收所述负载阻抗的第二漏极节点，所述第二漏极节点与所述第一栅极耦合以向所述第一CS放大器提供第二级反馈，所述第二漏极节点被配置成从第二电流源接收第二电流；第二栅极，其被配置成调节在所述第二漏极节点处的第二输出电压，所述第二栅极与所述第一漏极耦合以从所述第一CS放大器接收第一级反馈；并且所述第二源极节点与所述LC退化电路的第二端子耦合。8.根据权利要求4所述的振荡器，还包括：偏置电路，其分别与所述第一CS放大器的第一源极节点和所述第二CS放大器的第二源极节点耦合以均衡所述第一CS放大器和所述第二CS放大器之间的操作差异。9.根据权利要求1所述的振荡器，还包括：与所述基于MEMS的谐振器并联耦合以用于调节所述主谐振频率的校正电容器。10.一种振荡器，包括：被构造成在主谐振频率处谐振的电感-电容负载网络即LC负载网络；与所述LC负载网络的第一端耦合的第一级放大器；第二级放大器，其与所述第一级放大器交叉耦合，并且与所述LC负载网络的第二端耦合以与所述第一级放大器共同产生环路增益；以及耦合在所述第一级放大器和所述第二级放大器之间的环路增益控制电路，所述环路增益控制电路被构造和路由成在所述主谐振频率处将所述环路增益增加到单位元素以上，并且在寄生并联谐振频率即PPRF处将所述环路增益降低到单位元素以下。11.根据权利要求10所述的振荡器，其中，所述LC负载网络...

【专利技术属性】
技术研发人员：SR·刘，A·凯，
申请(专利权)人：德克萨斯仪器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US