具有动态选择的振荡输出信号电平移位的频率合成器制造技术

本申请涉及具有动态选择的振荡输出信号电平移位的频率合成器。由源电压供电的振荡器电路生成振荡输出信号。振荡输出信号被电平移位并被施加到多路复用器的第一输入。多路复用器的第二输入接收振荡输出信号。多路复用器响应于选择信号而选择振荡输出信号和电平移位的振荡输出信号之一以输出作为选定的振荡输出信号。锁定环电路根据选定的振荡输出信号和参考振荡信号来控制振荡输出信号的频率。选择信号还选择振荡器电路的源电压和参考电压之一作为用于生成第一供电电压的电压调节器电路的误差放大器参考电压。

Frequency synthesizer with dynamic selection of level shift of oscillating output signal

【技术实现步骤摘要】
具有动态选择的振荡输出信号电平移位的频率合成器相关申请的交叉引用本申请要求于2018年12月10日提交的美国临时专利申请序号62/777,446的优先权权益，其公开内容通过引用并入本文。
本专利技术总体上涉及一种频率合成器，并且特别地，涉及对来自频率合成器的电流控制振荡器的振荡输出信号执行的电平移位操作的动态选择。
技术介绍
对图1进行参考，其示出了常规电流控制振荡器(CCO)电路10的电路图。CCO电路10包括由奇数个串联连接的反相延迟元件14(1)至14(n)形成的环形振荡器12。一个反相延迟元件的输出连接到下一个反相延迟元件的输入，并且最后一个反相延迟元件14(n)的输出连接到第一个反相延迟元件14(1)的输入。反相延迟元件14耦合在处于源电压Vs电平的源节点18与处于接地电压电平的接地节点之间。节点18处的源电压的电平取决于反相延迟元件14中的晶体管的阈值电压和对应的电路过驱动。每个反相延迟元件14提供从输入到输出的延迟量，该延迟量取决于充电电流Icharge，该充电电流Icharge由电流源30从源电压Vdd提供至源节点18。由环形振荡器产生的振荡输出信号13(Fout)的振荡频率fo取决于延迟量，并且因此输出频率可以由充电电流Icharge控制。振荡输出信号13(Fout)的振荡幅度由节点18处的源电压Vs控制。由电流源30输出的充电电流Icharge的大小由电压控制信号CONT设置。在一个实施例中，p沟道晶体管32形成电流源30，其中晶体管32的源极连接到源电压Vdd节点，并且晶体管32的漏极连接为将充电电流Icharge提供至源节点18。晶体管32的栅极被耦合为接收电压控制信号CONT。电流源30相应地用作电压到电流转换器电路。控制信号CONT控制晶体管32的导电性，并因此控制提供至环形振荡器的源节点18的充电电流Icharge的大小。因此，控制信号CONT的电压大小被用来设置振荡输出信号13Fout的振荡频率fo。图2示出了诸如锁频环(FFL)或锁相环(PLL)之类的锁定环操作类型的频率合成器电路50的框图。电路50包括控制振荡器52，在该实现中，该控制振荡器52是图1中所示类型的CCO电路10。来自控制振荡器52的环形振荡器12的振荡输出信号13Fout由电平移位器电路54进行电平移位并由分频器电路56分频，以生成具有频率fo/N的振荡反馈信号15(Ffb)，其中N是分频器电路56的分频器值(整数或小数)。在环形振荡器12的情况下需要电平移位，因为振荡输出信号13Fout在源节点18的电压Vs处具有振荡幅度，并且要求振荡反馈信号15Ffb改为具有在锁定环电路50的源电压Vdd电平处的幅度。相位频率检测器电路60将振荡反馈信号15Ffb的相位和频率fo/N与振荡参考信号17Fref的相位和频率fr进行比较，以生成指示所确定的相位频率差的误差信号ERR。误差信号ERR被馈送到电荷泵(CP)62，电荷泵(CP)62输出等效误差电压Verr，该等效误差电压Verr由滤波器电路64(例如，低通滤波器类型)滤波以生成电压控制信号CONT。如上面结合图1所讨论的，控制信号CONT被施加到由电流源30形成的电压到电流转换器66，以生成充电电流Icharge，该充电电流Icharge控制振荡输出信号13Fout的频率fo。频率合成器电路50的反馈回路用于控制控制信号CONT的大小，使得从来自环形振荡器12的振荡输出信号Fout导出的振荡反馈信号15Ffb的相位和频率fo/N被驱动成等于振荡参考信号17Fref的相位和频率fr。在一些实现中，频率合成器电路50的电路系统可以被参考到两个不同的供电域。这在图3中被示出。第一供电域具有在Vdda电平处的正电压(主要被用作模拟电路模块的电源，并因此被称为锁定环电路的模拟电源)，并且第二供电域具有在Vddb电平处的正电压(主要被用作数字电路模块的电源，并因此被称为锁定环电路的数字电源)。在典型的实现中，Vddb小于Vdda，但是可以理解，这只是一个示例。相位频率检测器电路60、电荷泵62、滤波器电路64和电压到电流转换器66由第一供电域的Vdda电平供电。电平移位器电路54和分频器电路56由第二供电域的Vddb电平供电。另一个电平移位电路58接收振荡反馈信号15Ffb和振荡参考信号17Fref，并且用于将那些振荡信号从第二供电域的Vddb电平移位到第一供电域的Vdda电平。电平移位器电路54用于将振荡输出信号13Fout从Vs电压电平移位到第二供电域的Vddb电平。提供功率管理电路80以生成两个不同供电域的电压。根据例如由片外电源所提供的输入供电电压Vsupply，参考电压生成器电路82例如带隙参考电压生成器电路被用来生成参考电压Vref(其可以包括带隙电压Vbg)。第一电压调节器，例如低压差(LDO)型线性电压调节器84，根据供电电压Vsupply和参考电压Vref生成用于第一供电域的Vdda电平正电压，其中Vref是用于调节器的误差放大器的参考电压。第二电压调节器，例如高压差(HDO)型线性电压调节器86，根据供电电压Vsupply和参考电压Vref生成用于第二供电域的Vddb电平正电压，其中Vref是用于调节器的误差放大器的参考电压。用于第一供电域和第二供电域的接地电压可以是共同共享的或分开的。图4示出了用于电压调节器84和86的类型的常规线性调节器电路的基本电路图，其中误差放大器70和功率晶体管72由输入供电电压Vsupply供电，并且误差放大器的输入被耦合为接收参考电压Vref。调节后的输出电压Vdda或Vddb的电压电平由用于误差放大器的反馈回路中的电阻分压器74来设置。由于振荡输出信号fout的相对较高的振荡频率fo和生成该信号所需的大功耗，用于将频率信号Fout移位到第二供电域的Vddb电平的电平移位器电路54必须被设计用于高速和大功率操作。因此，电平移位器电路54是频率合成器电路50内的电流的主要消耗者。由于频率合成器电路50可以是由电池供电的设备的组件，因此在本领域中需要解决并减少电流消耗。另一个挑战在于，诸如电平转换器电路54之类的数字电路，即使在缓慢的工艺角和最坏情况的温度值下的最低可能的供电电压处，也必须满足一定的最大速度要求。
技术实现思路
在一个实施例中，一种电路包括：振荡器电路，所述振荡器电路以源电压进行供电并且被配置为生成幅度为所述源电压的电平的振荡输出信号；以及第一电平移位器电路，由第一供电电压供电并且被配置为对所述振荡输出信号进行电平移位以生成电平移位的振荡输出信号；第一多路复用器电路，具有被配置为接收所述振荡输出信号的第一输入和被配置为接收所述电平移位的振荡输出信号的第二输入，其中所述第一多路复用器电路选择所述振荡输出信号和所述电平移位的振荡输出信号之一以输出作为选定的振荡输出信号；锁定环电路，被配置为根据所述选定的振荡输出信号和参考振荡信号来控制所述振荡输出信号的频率；以及第一电压调节器电路，被配置为使用所述源电压作为误差放大器参考电压来生成所述第一供电电压。在一个实施例中，一种电路包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电路，包括：/n振荡器电路，所述振荡器电路以源电压进行供电并且被配置为生成幅度为所述源电压的电平的振荡输出信号；/n第一电平移位器电路，所述第一电平移位器电路由第一供电电压供电并且被配置为对所述振荡输出信号进行电平移位以生成电平移位的振荡输出信号；/n第一多路复用器电路，所述第一多路复用器电路具有被配置为接收所述振荡输出信号的第一输入和被配置为接收所述电平移位的振荡输出信号的第二输入，其中所述第一多路复用器电路选择所述振荡输出信号和所述电平移位的振荡输出信号之一以输出作为选定的振荡输出信号；/n锁定环电路，所述锁定环电路被配置为根据所述选定的振荡输出信号和参考振荡信号来控制所述振荡输出信号的频率；和/n第一电压调节器电路，所述第一电压调节器电路被配置为使用所述源电压作为误差放大器参考电压来生成所述第一供电电压。/n

【技术特征摘要】
20181210 US 62/777,446;20191126 US 16/696,2471.一种电路，包括：
振荡器电路，所述振荡器电路以源电压进行供电并且被配置为生成幅度为所述源电压的电平的振荡输出信号；
第一电平移位器电路，所述第一电平移位器电路由第一供电电压供电并且被配置为对所述振荡输出信号进行电平移位以生成电平移位的振荡输出信号；
第一多路复用器电路，所述第一多路复用器电路具有被配置为接收所述振荡输出信号的第一输入和被配置为接收所述电平移位的振荡输出信号的第二输入，其中所述第一多路复用器电路选择所述振荡输出信号和所述电平移位的振荡输出信号之一以输出作为选定的振荡输出信号；
锁定环电路，所述锁定环电路被配置为根据所述选定的振荡输出信号和参考振荡信号来控制所述振荡输出信号的频率；和
第一电压调节器电路，所述第一电压调节器电路被配置为使用所述源电压作为误差放大器参考电压来生成所述第一供电电压。


2.根据权利要求1所述的电路，其中所述锁定环电路包括：
分频器电路，所述分频器电路被配置为对所述选定的振荡输出信号进行分频以生成反馈振荡信号；
相位频率比较器，所述相位频率比较器被配置为将所述反馈振荡信号与所述参考振荡信号进行比较并生成误差信号；
其中根据所述误差信号来设置所述振荡输出信号的频率。


3.根据权利要求2所述的电路，其中所述分频器电路由所述第一供电电压供电，并且其中所述相位频率比较器由第二供电电压供电，所述第一供电电压小于所述第二供电电压。


4.根据权利要求3所述的电路，还包括第二电压调节器电路，所述第二电压调节器电路被配置为使用参考电压作为误差放大器参考电压来生成所述第二供电电压。


5.根据权利要求4所述的电路，其中所述参考电压是带隙电压。


6.根据权利要求4所述的电路，还包括：第二多路复用器电路，所述第二多路复用器电路具有被配置为接收所述参考电压的第一输入和被配置为接收所述振荡器电路的所述源电压的第二输入，其中所述第二多路复用器电路选择所述参考电压和所述振荡电路的所述源电压之一以输出作为所述第一电压调节器电路的所述误差放大器参考电压。


7.根据权利要求6所述的电路，还包括控制电路，所述控制电路被配置为生成选择信号，所述选择信号被施加到所述第一多路复用器电路和所述第二多路复用器电路的选择输入，所述选择信号具有：
第一逻辑状态，用于使所述第一多路复用器电路选择所述电平移位的振荡输出信号并且使所述第二多路复用器电路同时选择所述参考电压；和
第二逻辑状态，用于使所述第一多路复用器电路选择所述振荡输出信号并且使所述第二多路复用器电路同时选择所述源电压。


8.根据权利要求7所述的电路，其中所述控制电路包括锁定检测电路，所述锁定检测电路响应于检测到所述输出振荡信号的锁定条件而使所述选择信号从所述第一逻辑状态转变为所述第二逻辑状态。


9.根据权利要求8所述的电路，其中所述锁定条件是所述反馈振荡信号和所述参考振荡信号之间的相位频率的粗锁定。


10.根据权利要求7所述的电路，其中所述控制电路包括校准电路，所述校准电路响应于校准操作的完成而使所述选择信号从所述第一逻辑状态转变为所述第二逻辑状态。


11.根据权利要求7所述的电路，其中所述控制电路包括初始化电路，所述初始化电路响应于初始化操作的完成而使所述选择信号从所述第一逻辑状态转变为所述第二逻辑状态。


12.根据权利要求11所述的电路，其中所述初始化操作是启动操作。


13.根据权利要求3所述的电路，还包括第二电平移位器，所述第二电平移位器被配置为将所述反馈振荡信号从所述第一供电电压电平移位到所述第二供电电压。


14.根据权利要求3所述的电路，还包括电压到电流转换电路，所述电压到电流转换电路被配置为将从所述误差信号中导出的控制电压转换为电流，从所述电流中生成所述振荡器电路的所述源电压。


15.根据权利要求14所述的电路，其中所述电压到电流转换电路由所述第二供电电压供电。


16.根据权利要求1所述的电路，其中所述误差放大器参考电压是根据所述源电压缩放的。


17.一种电路，包括：
振荡器电路，所述振荡器电路以源电压进行供电并且被配置为生成幅度为所述源电压的电平的振荡输出信号；
分频器电路，所述分频器电路由第一供电电压供电并且被配置为对所述振荡输出信号进行分频以生成反馈振荡信号；
相位频率比较器，所述相位频率比较器由第二供电电压供电并被配置为将所述反馈振荡信号与所述参考振荡信号进行比较并生成误差信号；
电流源电路，所述电流源电路被配置为响应于所述误差信号而生成电流，其中所述振荡器电路的所述源电压是响应于所述电流而生成的，并且所述振荡输出信号的频率由所述电流控制；
第一电压调节器电路，所述第一电压调节器电路被配置为使用所述振荡器电路的所述源电压作为第一误差放大器参考电压来生成所述第一供电电压；和
第二电压调节器电路，所述第二电压调节器电路被配置为使用参考电压作为第二误差放大器参考电压来生成所述第二供电电压。


18.根据权利要求17所述的电路，其中所述电流源电路由所述第二供电电压供电。


19.根据权利要求17所述的电路，其中所述参考电压是带隙电压。


20.根据权利要求17所述的电路，还包括：
第一电平移位器电路，所述第一电平移位器电路由所述第一供电电压供电并被配置为对所述振荡输出信号进行电平移位以生成电平移位的振荡输出信号；和
第一多路复用器电路，所述第一多路复用器电路具有被配置为接收所述振荡输出信号的第一输入和被配置为接收所述电平移位的振荡输出信号的第二输入，其中所述第一多路复用器电路选择所述振荡输出信号和所述电平移位的振荡输出信号之一以输出作为选定的振荡输出信号，所述分频器电路从所述选定的振荡输出信号中生成所述反馈振荡信号。


21.根据权利要求17所述的电路，还包括控制电路，所述控制电路被配置为生成选择信号，所述选择信号被施加到所述第一多路复用器电路的选择输入，所述选择信号具有：

【专利技术属性】
技术研发人员：N·古普塔，
申请(专利权)人：意法半导体国际有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL