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    一種振盪器及其方法，其中振盪器包括第一網路、第二網路及交叉耦合網路。第一網路包括一第一放大器。第一放大器經由一第一回饋網路設置在一自回饋組態中，並用以產生一輸出訊號的第一端。第二網路包括一第二放大器。第二放大器經由一第二回饋網路設置在另一自回饋組態中，並用以產生一輸出訊號的第二端。交叉耦合網路用以交叉耦接輸出訊號的第一端及輸出訊號的第二端。其中，第一網路及第二網路共享一供應電流，並且第一回饋網路及第二回饋網路是設置在一跨控組態中。
    公开号:TW201320590A
    申请号:TW101140416
    申请日:2012-10-31
    公开日:2013-05-16
    发明作者:Chia-Liang Lin
    申请人:Realtek Semiconductor Corp；
    IPC主号:H03B5-00
    专利说明:
    振盪器及其方法
    本發明是關於一種電子電路，特別是關於一種振盪器及其方法。
    壓控振盪器(Voltage-controlled oscillator，VCO)廣泛地使用在大多數的應用中。壓控振盪器包括多級壓控延遲單元(voltage-controlled delay cell；VCDC)。其中，每一級壓控延遲單元接收來自前級的一輸入且輸出一輸出給後級，並且由一控制電壓控制由輸入到輸出的電路延遲。第1圖是3階壓控振盪器100的示意圖。參照第1圖，壓控振盪器100包括：3個壓控延遲單元110、120、130、一輸入、一輸出以及由輸入到輸出的一電路延遲。每一個壓控延遲單元是設置於平衡(差動)電路組態中。各壓控延遲單元有一第一(正)輸入端i+、第二(負)輸入端i-、第一(正)輸出端o+、第二(負)輸出端o-及控制端VC。此輸入定義為第一輸入端i+和第二輸入端i-之間的電壓差，且此輸出定義為第一輸出端o+及第二輸出端o-之間的電壓差。由輸入到輸出的電路延遲是由施加在控制端VC的控制電壓VCTL所控制。控制電壓VCTL施用給所有的壓控延遲單元110-130。控制電壓VCTL決定這3個壓控延遲單元110-130的電路延遲，因而決定振盪器100的振盪頻率。每一壓控延遲單元的電路延遲提供振盪訊號一相位偏移(phase shift)。
    為了維持振盪，當此振盪訊號沿著環往復且返回至起始點時，總相位偏移必須為360度。為了協助振盪，將極性反轉(polarity inversion)利用在此環中以產生180度的相位偏移，以致於為維持振盪來自此環的電路延遲之相位偏移的需求要降低至180度。在第1圖的3級壓控振盪器100中，極性反轉使用於壓控延遲單元130的輸出及壓控延遲單元110的輸入之間。為了維持振盪，每一壓控延遲單元必需提供60度的相位偏移。除了相位偏移的需要外，每一壓控延遲單元還必需提供一增益給此環以維持振盪。有許多電路適用於體現壓控延遲單元。為了提供此增益，壓控延遲單元必需包括一放大電路。為了維持高頻振盪，此放大電路的延遲必需小，因而放大電路必需是一高速放大器。一般來說，高速放大器包括MOS(metal-oxide semiconductor)電晶體、電阻及(或)電容，並且其提供不超過90度的相位偏移。為了具有180度的相位偏移，需要至少二級。因此，先前技術之壓控振盪器包括至少二級之壓控延遲單元。一般來說，單級振盪器只有在利用一電感來達到180度的相位偏移時是可實施的。不過，電感的成本昂貴並且在成本敏感之設計中不受歡迎。
    因此，如何提供不使用電感之振盪器為一亟待解決的議題。
    在一實施例中，一種振盪器包括第一網路、第二網路及交叉耦合網路。第一網路包括一第一放大器。第一放大器經由一第一回饋網路設置在一自回饋組態中，並用以產生一輸出訊號的第一端。第二網路包括一第二放大器。第二放大器經由一第二回饋網路設置在另一自回饋組態中，並用以產生一輸出訊號的第二端。交叉耦合網路用以交叉耦接輸出訊號的第一端及輸出訊號的第二端。
    在一實施例中，一種振盪器包括一第一自回饋放大器、一第二自回饋放大器及一交叉耦合網路。第一自回饋放大器用以輸出輸出訊號的第一端、第二自回饋放大器用以輸出輸出訊號的第二端，而交叉耦合網路用以交叉耦接輸出訊號的第一端和輸出訊號的第二端。其中，第一自回饋放大器及第二自回饋放大器共享一個供應電流且交叉控制彼此的自回饋。
    在一實施例中，一種振盪器包括一第一放大器、一第二放大器、一電路及一交叉耦合網路。第一放大器包括一第一回饋網路，且此第一回饋網路是用以輸出輸出訊號的第一端。第二放大器包括一第二回饋網路，且此第二回饋網路是用以輸出輸出訊號的第二端。此電路是用以提供一供應電流給第一放大器及第二放大器，而交叉耦合網路是用以交叉耦接輸出訊號的第一端及輸出訊號的第二端。其中，第一回饋網路是由輸出訊號的第二端所控制，而第二回饋網路是由輸出訊號的第一端所控制。
    在一實施例中，一種振盪方法包括：藉由放大一中間訊號的第一端產生一輸出訊號的第一端；藉由放大中間訊號的第二端產生輸出訊號的第二端；交叉耦接輸出訊號的第一端及輸出訊號的第二端；使用以輸出訊號的第二端控制的一第一回饋網路將輸出訊號的第一端耦接至中間訊號的第一端；及使用以輸出訊號的第一端控制的一第二回饋網路將輸出訊號的第二端耦接至中間訊號的第二端。
    以下將參考顯示本發明具體實施例之附圖詳細描述。這些實施例描述足夠詳細以致使此領域熟悉此技藝者實現這些和其他實施例。當一些實施例與一個或多個實施例結合以形成新實施例時。各種實施例之間不需相互排斥。因此，以下詳細說明並無限制之用意，而是說明之用意。
    第2圖是根據本發明一實施例之振盪器200之示意圖。請參照第2圖，振盪器200包括：一偏壓電路210、一放大器差動對、一交叉耦合網路260及一對回饋網路。偏壓電流210用以提供一供應電流IB至供電節點212。放大器差動對包括第一放大器220和第二放大器230，並由來自供電節點212的供應電流IB偏壓。放大器差動對用以接收包括第一端Vi+及第二端Vi-之差動中間訊號(以下標示為Vi)並輸出包括第一端Vo+及第二端Vo-之差動輸出訊號(以下標示為Vo)。其中，第一放大器220接收差動中間訊號Vi的第一端Vi+和輸出差動輸出訊號Vo的第一端Vo+，並且第二放大器230接收差動中間訊號Vi的第二端Vi-和輸出差動輸出訊號Vo的第二端Vo-。交叉耦合網路260用以交叉耦合差動輸出訊號Vo的第一端Vo+及差動輸出訊號Vo的第二端Vo-。此對回饋網路包括第一回饋網路240和第二回饋網路250，並且第一回饋網路240和第二回饋網路250分別用以提供回饋給第一放大器220及第二放大器230。其中，第一回饋網路240是由差動輸出訊號Vo的第二端Vo-所控制，而第二回饋網路250是由差動輸出訊號Vo的第一端Vo+所控制。第一放大器220是一反相器，且此反相器包括第一電晶體221及第二電晶體222。第二放大器230是一反相器，且此反相器包括第三電晶體231及第四電晶體232。第一回饋網路240包括串聯之第一電阻241、並聯之第五電晶體244與第六電晶體243及第二電阻242。其中，並聯之第五電晶體244與第六電晶體243是配置以作為由差動輸出訊號Vo的第二端Vo-控制之可變電阻。
    第二回饋網路250包括串聯之第三電阻251、並聯之第七電晶體254與第八電晶體253，及第四電阻252。其中，並聯之第七電晶體254與第八電晶體253是配置以作為由差動輸出訊號Vo的第一端vo+控制之可變電阻。交叉耦合網路260包括第九電晶體261及第十電晶體262。偏壓電路210包括第十一電晶體211，並且此第十一電晶體211用以依照控制電壓VCTL輸出供應電流IB給供電節點212。在此，VDD表示一固定電位電路節點。在另一實施例(圖式未顯示)中，移除第十一電晶體211且供電節點212直接耦接控制電壓VCTL。以下說明振盪器200的原理。
    任何熟習此技藝者，應知悉電晶體具有許多類型，在本發明中並無限制電晶體的類型。於一實施例，第一電晶體221、第三電晶體231、第六電晶體243及第八電晶體253係為PMOS電晶體，及於一實施例，第二電晶體222、第四電晶體232、第五電晶體244、第七電晶體254、第九電晶體261及第十電晶體262係為NMOS電晶體。
    第一放大器220與第一回饋網路240形成振盪器200的第一半邊，而第二放大器230與第二回饋網路250形成振盪器200的第二半邊。由於共享相同供應電流IB，振盪器200的第一半邊及振盪器200的第二半邊是相反的極性，即當差動輸出訊號Vo的第一端Vo+上升時，差動輸出訊號Vo的第二端Vo-下降，反之亦然。對振盪器200的每一半邊而言，第一放大器220及第二放大器230各別因放大器的反相性質而產生180度的相位偏移，且因在放大器的輸出的寄生電容負載(parasitic capacitive load)而產生額外之90度的相位偏移。注意，每一MOS電晶體會導致一寄生電容值。雖然第一放大器220及第二放大器230各別具有一有限之輸出阻值，但透過交叉耦合網路260能抵消此有限之輸出阻值。於此，此有限之輸出阻值會使額外之相位偏移減少到小於90度。在差動電路組態中的交叉耦合網路260是等效於可抵消有限之輸出阻值的一負電阻。
    針對振盪器200的每一半邊，第一回饋網路240及第二回饋網路250各別等效於一梯形RC電路300，如第3圖所示。梯形RC電路300包括前端電阻R1(代表第一電阻241或第三電阻251)、前端寄生電容C1(是第六電晶體243與第五電晶體244的，或是第八電晶體253與第七電晶體254的)、可變電阻R3(代表第六電晶體243並聯第五電晶體244的阻值，或第八電晶體253並聯第七電晶體254的阻值)、後端寄生電容C2(是第六電晶體243與第五電晶體244的，或是第八電晶體253與第七電晶體254的)，及後端電阻R2(代表第一電阻241或第三電阻251)。如此，梯形RC電路300滿足以提供90度的相位偏移。因此，經由使用放大器(即第一放大器220及第二放大器230)與回饋網路(即第一回饋網路240及第二回饋網路250)致使360度的總相位偏移達到維持振盪。此振盪器的二半邊交互控制，即，在第一半邊的第一回饋網路240是由第二半邊的輸出(即，第二端Vo-)所控制，而在第二半邊的第二回饋網路250則是由第一半邊的輸出(即，第一端Vo+)所控制。當輸出訊號的振幅大時，這樣的配置架構藉由降低回饋網路(即第一回饋網路240及第二回饋網路250)的總有效阻值而提升回饋的強度，因此有助於達到一較高的振盪頻率。
    雖然本發明的技術內容已經以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神所作些許之更動與潤飾，皆應涵蓋於本發明的範疇內，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
    100‧‧‧壓控振盪器
    110‧‧‧壓控延遲單元
    120‧‧‧壓控延遲單元
    130‧‧‧壓控延遲單元
    200‧‧‧振盪器
    210‧‧‧偏壓電流
    211‧‧‧第十一電晶體
    212‧‧‧供電節點
    220‧‧‧第一放大器
    221‧‧‧第一電晶體
    222‧‧‧第二電晶體
    231‧‧‧第三電晶體
    232‧‧‧第四電晶體
    230‧‧‧第二放大器
    240‧‧‧第一回饋網路
    241‧‧‧第一電阻
    242‧‧‧第二電阻
    243‧‧‧第六電晶體
    244‧‧‧第五電晶體
    250‧‧‧第二回饋網路
    251‧‧‧第三電阻
    252‧‧‧第四電阻
    253‧‧‧第八電晶體
    254‧‧‧第七電晶體
    260‧‧‧交叉耦合網路
    261‧‧‧第九電晶體
    262‧‧‧第十電晶體
    300‧‧‧梯形RC電路
    VCTL‧‧‧控制電壓
    VC‧‧‧控制端
    i+‧‧‧第一輸入端
    i-‧‧‧第二輸入端
    o+‧‧‧第一輸出端
    o-‧‧‧第二輸出端
    VDD‧‧‧固定電位電路節點
    IB‧‧‧供應電流
    VCTL‧‧‧控制電壓
    Vi+‧‧‧第一端
    Vi-‧‧‧第二端
    Vo+‧‧‧第一端
    Vo-‧‧‧第二端
    R1‧‧‧前端電阻
    R2‧‧‧後端電阻
    R3‧‧‧可變電阻
    C1‧‧‧前端寄生電容
    C2‧‧‧後端寄生電容
    第1圖是先前技術壓控振盪器的示意圖。
    第2圖是本發明實施例之振盪器的示意圖。
    第3圖是第2圖之振盪器的回饋網路之等效電路的示意圖。
    200‧‧‧振盪器
    210‧‧‧偏壓電流
    211‧‧‧第十一電晶體
    212‧‧‧供電節點
    220‧‧‧第一放大器
    221‧‧‧第一電晶體
    222‧‧‧第二電晶體
    231‧‧‧第三電晶體
    232‧‧‧第四電晶體
    230‧‧‧第二放大器
    240‧‧‧第一回饋網路
    241‧‧‧第一電阻
    242‧‧‧第二電阻
    243‧‧‧第六電晶體
    244‧‧‧第五電晶體
    250‧‧‧第二回饋網路
    251‧‧‧第三電阻
    252‧‧‧第四電阻
    253‧‧‧第八電晶體
    254‧‧‧第七電晶體
    260‧‧‧交叉耦合網路
    261‧‧‧第九電晶體
    262‧‧‧第十電晶體
    VDD‧‧‧固定電位電路節點
    IB‧‧‧供應電流
    VCTL‧‧‧控制電壓
    Vi+‧‧‧第一端
    Vi-‧‧‧第二端
    Vo+‧‧‧第一端
    Vo-‧‧‧第二端
    权利要求:
    Claims (20)
    [1] 一種振盪器包括：一第一網路，包括一第一放大器，經由一第一回饋網路設置在一自回饋組態中，以產生一輸出訊號的第一端；一第二網路，包括一第二放大器，經由一第二回饋網路設置在另一自回饋組態中，以產生該輸出訊號的第二端；及一交叉耦合網路，用以交叉耦接該輸出訊號的該第一端及該輸出訊號的該第二端，其中該第一回饋網路及該第二回饋網路設置在一跨控組態中。
    [2] 如請求項1所述之振盪器，其中該第一回饋網路包括串聯之一第一電阻及一第一電晶體，該第一電晶體是由該輸出訊號的該第二端控制，以及該第二回饋網路包括串聯之一第二電阻及一第二電晶體，該第二電晶體是由該輸出訊號的該第一端控制。
    [3] 如請求項2所述之振盪器，其中當該輸出訊號的該第二端的振幅增加時，該第一回饋網路的總阻值降低，以及當該輸出訊號的該第一端的振幅增加時，該第二回饋網路的總的振幅降低。
    [4] 如請求項3所述之振盪器，其中該第一回饋網路更包括一第三電阻，該第三電阻與該第一電晶體串聯，以及該第二回饋網路更包括一第四電阻，該第四電阻與該第二電晶體串聯。
    [5] 如請求項1所述之振盪器，其中該第一網路及該第二網路共享一供應電流。
    [6] 如請求項5所述之振盪器，更包括：一供電電路，用以依照一控制電壓提供該供應電流。
    [7] 如請求項1所述之振盪器，其中該交叉耦合網路是設置來作為對該第一放大器及該第二放大器為具有負阻值的一負載。
    [8] 一種振盪器包括：一第一放大器，包括一第一回饋網路，用以輸出一輸出訊號的第一端；一第二放大器，包括一第二回饋網路，用以輸出該輸出訊號的第二端；一電路，用以提供一供應電流給該第一放大器和該第二放大器；及一交叉耦合網路，用以交叉耦接該輸出訊號的該第一端和該輸出訊號的該第二端，其中該第一回饋網路是由該輸出訊號的該第二端控制，且該第二回饋網路是由該輸出訊號的該第一端控制。
    [9] 如請求項8所述之振盪器，其中該第一回饋網路包括串聯之一第一電阻及一第一電晶體，該第一電晶體是由該輸出訊號的該第二端控制，以及該第二回饋網路包括串聯之一第二電阻及一第二電晶體，該第二電晶體是由該輸出訊號的該第一端控制。
    [10] 如請求項9所述之振盪器，其中當該輸出訊號的該第二端的振幅增加時，該第一回饋網路的總阻值降低，以及當該輸出訊號的該第一端的振幅增加時，該第二回饋網路的總的振幅降低。
    [11] 如請求項10所述之振盪器，其中該第一回饋網路更包括一第三電阻，該第三電阻與該第一電晶體串聯，以及該第二回饋網路更包括一第四電阻，該第四電阻與該第二電晶體串聯。
    [12] 如請求項8所述之振盪器，其中該供應電流是由一控制電壓所控制。
    [13] 如請求項8所述之振盪器，其中該交叉耦合網路是設置來作為對該第一放大器及該第二放大器為具有負阻值的一負載。
    [14] 如請求項8所述之振盪器，其中該第一回饋網路及該第二回饋網路各別設置來產生該輸出訊號的該第一端及該輸出訊號的該第二端的90度相位偏移。
    [15] 一種振盪方法，包括：藉由放大一中間訊號的第一端產生一輸出訊號的第一端；藉由放大該中間訊號的第二端產生該輸出訊號的第二端；交叉耦接該輸出訊號的該第一端及該輸出訊號的該第二端；使用以該輸出訊號的該第二端控制的一第一回饋網路將該輸出訊號的該第一端耦接至該中間訊號的該第一端；及使用以該輸出訊號的該第一端控制的一第二回饋網路將該輸出訊號的該第二端耦接至該中間訊號的該第二端。
    [16] 如請求項15所述之振盪方法，其中該第一回饋網路包括串聯之一第一電阻及一第一電晶體，該第一電晶體是由該輸出訊號的該第二端控制，以及該第二回饋網路包括串聯之一第二電阻及一第二電晶體，該第二電晶體是由該輸出訊號的該第一端控制。
    [17] 如請求項16所述之振盪方法，其中當該輸出訊號的該第二端的振幅增加時，該第一回饋網路的總阻值降低，以及當該輸出訊號的該第一端的振幅增加時，該第二回饋網路的總的振幅降低。
    [18] 如請求項17所述之振盪方法，其中該第一回饋網路更包括一第三電阻，該第三電阻與該第一電晶體串聯，以及該第二回饋網路更包括一第四電阻，該第四電阻與該第二電晶體串聯。
    [19] 如請求項15所述之振盪方法，其中依照一控制電壓控制一供應電流，且該第一回饋網路及該第二回饋網路共享該供應電流。
    [20] 如請求項15所述之振盪方法，其中該第一回饋網路及該第二回饋網路各別設置來產生該輸出訊號的該第一端及該輸出訊號的該第二端的90度相位偏移。
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