• 专利附录
  • 专利说明
  • 权利要求
  • 类似技术
  • 同族专利
  • 引用文献
  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:
    Ein CMOS-LC-Schwingkreis-Oszillator umfasst ein Paar symmetrischer Induktivitäten und ein Differentialpaar Transistoren. Die Induktivitäten haben einen ersten ihrer Anschlüsse an einem Versorgungsknoten, an den über einen Versorgungswiderstand eine Versorgungsspannung angelegt wird, miteinander verbunden und eine zweiten Anschluss jeweils mit dem Drain eines der entsprechenden Transistoren verbunden. Die Sourcen der Transistoren sind an einem Bezugsknoten, der über einen Bezugswiderstand mit Masse verbunden ist, miteinander verbunden. Ein Stromsteuerkreis steuert einen Kernstrom zwischen dem Versorgungs- und dem Bezugsknoten, um einen Spannungsabfall am Bezugswiderstand auf einem Pegel zu halten, der durch eine Referenzspannung festgelegt ist. Im Gegensatz zu einem herkömmlichen Ansatz mit einem Versorgungsspannungsregler, der dem Versorgungsknoten vorgeschaltet ist, und einem Vorspannungsregler, der dem Bezugsknoten des Oszillators nachgeschaltet ist, hält der Stromsteuerkreis die Kernspannung zwischen dem Versorgungs- und dem Bezugsknoten auf dem benötigten Pegel, so dass ein Widerstand den vorgeschalteten Versorgungsspannungsregler ersetzen kann und ein weiterer Widerstand den nachgeschalteten Vorspannungsregler ersetzen kann. Folglich werden Quellen, die Rauschen in den LC-Schwingkreis-Oszillator einspeisen, eliminiert.
    公开号:DE102004025545A1
    申请号:DE200410025545
    申请日:2004-05-25
    公开日:2005-12-29
    发明作者:Frank Gelhausen；Karlheinz Muth
    申请人:Texas Instruments Deutschland GmbH；
    IPC主号:H03B5-12
    专利说明:
    [0001] Dievorliegende Erfindung bezieht sich auf einen CMOS LC-Schwingkreis-Oszillator, der ein Paarsymmetrischer Induktivitätenund ein Differentialpaar Transistoren umfasst.
    [0002] Für vieleAnwendungen in der Hochgeschwindigkeits-Kommunikationstechnologie werden stabileTaktsignale benötigt,deren Random-Jitter-Inhalte(zufälligePhasensprünge)unterhalb von Grenzen liegen müssen,die in den einschlägigenRichtlinien definiert sind. Beispiele für diese Anwendungen sind Takt-und Datenwiederherstellungsschaltkreise und Synthesizer für drahtloseDatenübertragungssysteme.
    [0003] Umdie Anforderungen der einschlägigen RichtlinienbezüglichJitter zu erfüllen,werden Oszillatorkreise benötigt,die Taktsignale erzeugen, die so wenig Phasenrauschen wie möglich enthalten.Ferner ist es wünschenswert,alle benötigtenFunktionen als einen monolithischen integrierten Schaltkreis (IC) zuimplementieren, um die Leistungsaufnahme, die Zahl der Teile undden fürdie Schaltungen benötigten Platzzu verringern (und somit die Kosten zu reduzieren).
    [0004] Ausdiesem Grund wurde versucht, LC-Schwingkreis-Oszillatoren auf monolithischenintegrierten Schaltkreisen zu integrieren. Diese Art Oszillatorweist ein erheblich besseres Phasenrauschen-Verhalten als so genannteRingoszillatoren auf, die fürintegrierte Schaltungen weit verbreitet sind. Dies ist auf die Eigenschaftendes LC-Schwingkreises zurückzuführen, derbei seiner Resonanzfrequenz einen steilen Phasengang gegen die Frequenzbietet und daher eine stabile Oszillation fördert. Die Hilfsschaltungen,wie zum Beispiel Vorspannungs- und Versorgungsspannungsregler, müssen jedochsorgfältig konzipiertsein, da Rauschen, das durch diese Schaltungen in den LC-Schwingkreis eingespeistwird, das Phasenrauschen-Verhalten erheblich verschlechtern kann.
    [0005] Dievorliegende Erfindung bietet einen CMOS LC-Schwingkreis-Oszillator,bei dem die Vorspannungs- und Versorgungsspannungsregler eliminiertwurden, wodurch die Verwendung von Schaltungen vermieden wird, diedas Phasenrauschen-Verhalten verschlechtern würden.
    [0006] Konkretbietet die Erfindung einen CMOS LC-Schwingkreis-Oszillator, derein Paar symmetrischer Induktivitäten und ein DifferentialpaarTransistoren umfasst. Die Induktivitäten haben einen ersten ihrerAnschlüssean einem Versorgungsknoten, an den über einen Versorgungswiderstandeine Versorgungsspannung angelegt wird, miteinander verbunden undeinen zweiten Anschluss jeweils mit dem Drain eines der entsprechendenTransistoren verbunden. Die Sourcen der Transistoren sind an einem masseseitigenKnoten, im Folgenden als Bezugsknoten bezeichnet, der über einenBezugswiderstand mit Masse verbunden ist, miteinander verbunden.Ein Stromsteuerkreis steuert einen Kernstrom zwischen dem Versorgungs-und dem Bezugsknoten, um einen Spannungsabfall am Bezugswiderstandauf einem Pegel zu halten, der durch eine Referenzspannung festgelegtist. Im Gegensatz zu einem herkömmlichenAnsatz mit einem Versorgungsspannungsregler, der dem Versorgungsknotenvorgeschaltet ist, und einem Vorspannungsregler, der dem Bezugsknotendes Oszillators nachgeschaltet ist, hält der Stromsteuerkreis dieKernspannung zwischen dem Versorgungs- und dem Bezugsknoten aufdem benötigtenPegel, so dass ein Widerstand den vorgeschalteten Versorgungsspannungsreglerersetzen kann und ein weiterer Widerstand den nachgeschalteten Vorspannungsreglerersetzen kann. Folglich werden Quellen, die Rauschen in den LC-Schwingkreis-Oszillator einspeisen,eliminiert, und das Phasenrauschen-Verhalten wird verbessert, obwohlder Schaltungsentwurf vereinfacht und die resultierende integrierteCMOS-Schaltung kostengünstigerwird.
    [0007] Ineinem bevorzugten Ausführungsbeispiel enthält der Stromsteuerkreiseinen gesteuerten Strompfad zwischen dem Versorgungsknoten und Masse.Der gesteuerte Strompfad wird vorteilhaft durch einen Transistorgebildet, dessen Strompfad zwischen dem Versorgungsknoten und Massegeschaltet ist. Ein erster Eingang eines Operationsverstärkers istmit der Referenzspannung verbunden, ein zweiter Eingang ist mitdem Bezugsknoten verbunden und ein Ausgang ist mit dem Gate desStromsteuertransistors verbunden. Daher benötigt der Stromsteuerkreis nurein paar wenige Bauelemente, die leicht im Schaltungsentwurf zusammengefasst werdenkönnen.
    [0008] WeitereVorteile und Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibungunter Bezugnahme auf die beigefügtenZeichnungen ersichtlich. In den Zeichnungen: stellt 1 einenSchaltplan eines herkömmlichen monolithischenintegrierten LC-Schwingkreis-Oszillators dar; und
    [0009] 2 stellteinen Schaltplan des erfindungsgemäßen monolithischen integriertenLC-Schwingkreis-Oszillators dar.
    [0010] UnterBezugnahme auf 1 wird eine herkömmlicheTopologie eines integrierten LC-Schwingkreis-Oszillators mit CMOS-Technologiedargestellt. Er hat eine symmetrische Induktivität, bestehend aus den Induktivitäten L1,L2, und ein Differentialpaar NMOS-Transistoren Q1, Q2. Das von diesemOszillator erzeugte Taktsignal ist die Differential-Ausgangsspannungan den AnschlüssenCLKP und CLKN. Seine Frequenz kann durch eine an den KapazitätsdiodenCtune1 und Ctune2 amAnschluss VCTRL angelegte Steuerspannungin einem bestimmten Bereich eingestellt werden. Folglich handeltes sich bei dem Oszillator um einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO).Der VCO-Kern besteht aus dem LC-Schwingkreis(symmetrische InduktivitätenL1 und L2 und einstellbare Kondensatoren CTUNE1 undCTUNE2) und dem NMOS-Differentialpaar Q1und Q2. Der VCO-Bezugsstrom wird durch den NMOS-StromquellentransistorQTAIL erzeugt, dessen Gate mit einer VorspannungsquelleVBIAS verbunden ist.
    [0011] DieVersorgungsspannung fürden VCO-Kern an einem Versorgungsknoten Tap (der mittlere Abgriff)der symmetrischen Induktivitätwird durch einen Spannungsregler erzeugt. Der Regler besteht auseinem Widerstand QREGULATOR und einem Operationsverstärker V_Comp.Er wird von einer externen Spannungsquelle gespeist und steuertdie Spannung am Anschluss Tap so, dass sie gleich einer Referenzspannungist, die am Anschluss VV_REF vorliegt.
    [0012] DerNachteil dieser Topologie liegt in der Einspeisung von Rauschenin den VCO durch die NMOS-Transistoren QTAIL undQREGULATOR, die selbst mit rauschenden Steuerkreisenoder Verstärkungsschaltungenverbunden sind. Da MOS-Transistoren bei niedrigen Frequenzen (<100MHz) hohes 1/f-Rauschenaufweisen, kann das Phasenrauschen-Verhalten des VCO von den Eigenschaftendieser Bauteile beherrscht werden. Dies ist darauf zurückzuführen, dassdas Niederfrequenz-1/f-Rauschen mit der Oszillationsfrequenz gemischtwird und dadurch zum Phasenrauschen des VCO beiträgt.
    [0013] Dererfindungsgemäße Oszillator,der in 2 abgebildet ist, vermeidet diese Art und Weise, zumPhasenrauschen beizutragen.
    [0014] UnterBezugnahme nun auf 2 weist der abgebildete Oszillatorkreiseinen VCO-Kernoszillator auf, der mit demjenigen in 1 identischist. Somit besteht eine symmetrische Induktivität aus den Induktivitäten L1,L2. Die InduktivitätenL1, L2 haben jeweils einen ersten Anschluss mit einem VersorgungsknotenTap verbunden und einen zweiten Anschluss mit dem Drain eines entsprechendenDifferential-NMOS-Transistors Q1, Q2 und mit einem der einstellbarenKondensatoren (Kapazitätsdioden) CTUNE1 und CTUNE2.Die Sourcen der Transistoren Q1, Q2 sind mit einem BezugsknotenTN verbunden und die Basis jedes Transistors des Paares ist mitder anderen Basis des Paars verbunden.
    [0015] Dasvom Oszillator erzeugte Taktsignal ist die Differential-Ausgangsspannungan den AnschlüssenCLKP und CLKN. Seine Frequenz kann durch eine an den KapazitätsdiodenCtune1 und Ctune2 amAnschluss VCTRL angelegte Steuerspannungeingestellt werden. Folglich handelt es sich bei dem Oszillatorum einen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO). Der VCO-Kern bestehtaus dem LC-Schwingkreis(symmetrische InduktivitätenL1 und L2 und einstellbare Kondensatoren CTUNE1 undCTUNE2) und dem NMOS-Differentialpaar Q1und Q2.
    [0016] Diein 2 abgebildete Topologie stellt ein alternativesSchema fürdie Steuerung der Vorspannungserzeugung und der Versorgungsspannungdes Oszillators dar. Im Vergleich zu 1 werden QTAIL und QREGULATOR eliminiertund durch die Widerstände RTOP und RTAIL ersetzt.Ein Operationsverstärker I_Compsteuert den Spannungsabfall an RTAIL so, dasser mit der Referenzspannung VI_REF übereinstimmt.Da der Strom von RTAIL identisch zum VCO-KernstromICORE ist, steuert dieser Steuerkreis direktden VCO-Kernstrom so, dass er konstant ist: ICORE = VI_REF/RTAIL.
    [0017] Dieswird erreicht, indem der Steuerstrom ICTRL amWiderstand RTOP durch einen NMOS-StromsteuertransistorQCTRL, angelegt wird, dessen Drain mit demVersorgungsknoten Tap verbunden ist, dessen Source mit Masse verbundenist und dessen Gate mit dem Ausgang des Komparators I_Comp verbundenist. Der Steuerstrom ändertdie Spannung am Versorgungsknoten Tap der symmetrischen Induktivität und somitden VCO-Kernstrom ICORE.
    [0018] DerVorteil dieses Schemas im Vergleich zur Topologie in 1 liegtin der Eliminierung beider Komponenten, die zum Rauschen beitragen,des Bezugsstromtransistors QTAIL und desSpannungssteuertransistors QREGULATOR. Außerdem werdenauf Grund der Tatsache, dass der VCO-Kernstrom durch eine Rückkopplungsschleifeso gesteuert wird, dass er konstant ist, Rauschinhalte in der Bandbreiteder Rückkopplungsschleifeaufgehoben. Dies führtzu einer weiteren Verbesserung des Phasenrauschens.
    权利要求:
    Claims (5)
    [1] CMOS-LC-Schwingkreis-Oszillator, der ein Paarsymmetrischer Induktivitätenund ein Differentialpaar Transistoren umfasst, bei dem die Induktivitäten einenersten ihrer Anschlüssean einem Versorgungsknoten, an den über einen Versorgungswiderstandeine Versorgungsspannung angelegt wird, miteinander verbunden habenund einen zweiten Anschluss jeweils mit dem Drain eines der entsprechendenTransistoren verbunden haben, wobei ihre Sourcen der Transistorenan einem masseseitigen Knoten, der über einen masseseitigen Widerstandmit Masse verbunden ist, miteinander verbunden sind, und der fernereinen Stromsteuerkreis fürdie Steuerung eines Kernstroms zwischen dem oberen Knoten und demmasseseitigen Knoten umfasst, um einen Spannungsabfall am masseseitigenWiderstand auf einem Pegel zu halten, der durch eine Referenzspannungfestgelegt ist.
    [2] Oszillator aus Anspruch 1, bei dem der Stromsteuerkreiseinen gesteuerten Strompfad zwischen dem Versorgungsknoten und Masseenthält.
    [3] Oszillator aus Anspruch 1, bei dem der Stromsteuerkreiseinen Stromsteuertransistor umfasst, der einen zwischen dem Versorgungsknotenund Masse geschalteten Strompfad hat, einen Operationsverstärker miteinem ersten Eingang, der mit der Referenzspannung verbunden ist,einem zweiten Eingang, der mit dem masseseitigen Knoten verbunden istund einem Ausgang, der mit dem Gate des Stromsteuertransistors verbundenist.
    [4] Oszillator gemäß einemder Ansprüche1 bis 3, bei dem die zweiten Anschlüsse der Induktivitäten jeweilsmit einer entsprechenden Diode eines Paares Kapazitätsdiodenverbunden sind.
    [5] Oszillator aus Anspruch 1, bei dem die Kapazitätsdiodeneinen ihrer Anschlüssemit einem gemeinsamen Steuerspannungsanschluss verbunden haben.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2005-12-29| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2007-08-09| 8364| No opposition during term of opposition|
    2021-12-01| R119| Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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