專利名稱：壓控震蕩器及用于其的粗調諧單元的制作方法
技術領域：
本發明是有關于一種震蕩器及用于其的粗調諧單元的結構，且特別是有關于一種可避免寄生二極管正向導通的壓控震蕩器及用于其的粗調諧單元的結構。
背景技術：
在設計采用電感電壓槽(LC tank)的壓控震蕩器所遇到的最大困難之一，在于為了同時到低相位噪聲及寬頻率的調諧范圍。一般來說，使用具有陡峭電容電壓特性的簡單變容裝置以達到寬頻率范圍。然而，由于可變電容的調整范圍過大，會產生一極高調諧敏感度KVCO。此現象為我們所不企望，肇因高調諧敏感度KVCO將使相位噪聲表現降級。為了避免此問題，傳統解決此效應的方法藉由一開關電容將目標頻率范圍切割。使用粗調諧器配合細調諧器來調諧震蕩頻率。
圖1為已知壓控震蕩器100的電路圖。壓控震蕩器100包含晶體管101、102及103、及電感電容槽LC1。其中晶體管101的輸出端接至電壓VCC，而晶體管101的控制端經由偏置電壓(bias voltage)V11控制而輸出電流至晶體管102及晶體管103。而晶體管102及晶體管103采交互耦接(cross couple)方式來提供差動信號，此交互耦接方式可消除共模(common)噪聲，及降低外來噪聲的影響，并可提供負阻抗，來抵銷LC本身的正阻抗藉此產生震蕩波。電感電容槽LC1包含粗調諧單元12、細調諧單元13、電感器141及142。粗調諧單元12包含電容器121及124、開關晶體管122及123，切換電壓V12控制開關晶體管122及123的導通狀態，來決定粗調諧單元是否輸出由電容器121及124組合的固定電容值。細調諧單元13包含可變電容器131及132，可變電容器131及132由控制電壓V13的控制，而組合產生可變電容值。而電感器141及142配合粗調諧單元12及細調諧單元13共同提供電感電容槽LC1而決定震蕩波的頻率。為了減少開關的導通阻抗及有效率的使用晶粒面積，壓控震蕩器100必須做部分改良。
圖2為已知壓控震蕩器200的電路圖。壓控震蕩器200包含晶體管201～203及電感電容槽LC2，晶體管201接收偏置電壓V21而提供電流至晶體管202及203。晶體管202及203以交互耦接方式連接，并產生負阻抗提供給電感電容槽LC2。電感電容槽LC2包含粗調諧單元22、細調諧單元23、電感器241及242，粗調諧單元22包含電容器221及225、電阻222及224、晶體管223。粗調諧單元22可改善壓控震蕩器100的晶體管過多的缺點，晶體管223接收切換電壓V22的控制，晶體管223的兩輸出端分別耦接電容器221及225。晶體管223的兩輸出端并分別透過電阻222及225耦接至接地電壓。由晶體管223的開啟與關閉動作，可決定粗調諧單元22是否輸出由電容器221及225組合的固定電容值。
細調諧單元23含可變電容器231及232，控制電壓V23控制可變電容器231及232以輸出可變電容值。粗調諧單元22、細調諧單元23、電感器241及242輸出電感電容值來決定震蕩波的頻率。然而，壓控震蕩器200雖然改善了壓控震蕩器100的晶體管過多的缺點，但產生寄生二極管正向導通的問題，產生一正向導通電流，而造成增加功率損耗及增加相位噪聲(phase noiselevel)。
圖3為已知晶體管223的組件內部剖面圖。請同時參考圖2及圖3。晶體管223包含多晶硅層301、氧化層302、N型摻雜區303及304、P型基板305。施加電壓于多晶硅層301，可透過氧化層302可在P型基板305產生一信道而使得N型摻雜區303及304導通。但N型摻雜區303及304與P型基板305會產生寄生雙極性晶體管。所以，N型摻雜區303及P型基板305產生寄生二極管結構，而N型摻雜區304及P型基板305亦產生寄生二極管結構。當壓控震蕩器200的開關晶體管223關閉時，也既是切換電壓V22保持在低電位的狀態，晶體管223的兩端電壓為由于震蕩波的擺福會降至比切換電壓V22還低，因此會產生晶體管223的寄生二極管的正向導通，圖1的晶體管122及123亦有此寄生二極管的正向導通。所以我們需要有一種壓控震蕩器，可解決內部寄生二極管的正向導通的問題。
發明內容
本發明的目的在于提供一種壓控震蕩器，可避免開關晶體管的寄生二極管因震蕩波的電壓而導通，而可改善整體功率損耗及改善震蕩器的相位噪聲(phase noise level)。
本發明的另一目的在于提供一種壓控震蕩器，可避免開關晶體管兩端耦合電容的寄生二極管，因震蕩波的電壓而導通，可改善功率損耗及改善震蕩器的相位噪聲。
本發明的再一目的是提供一種用于壓控震蕩器的粗調諧單元，可避免開關晶體管內的寄生二極管正向導通，而改善功率損耗及相位噪聲。
本發明提出一種壓控震蕩器，其特征在于，包含一電流源，用以產生一電流；一負阻產生單元，耦接至該電流源，接收該電流源的該電流，用以產生一負阻抗；以及一電感電容槽，耦接至該負阻產生單元，其中該電感電容槽依據自身的一電感電容值，來組合該負阻抗以產生一震蕩波，該電感電容槽包含一細調諧單元，至少包含一第一可變電容器，其中該第一可變電容器接收一控制電壓而產生一可變電容值；以及一粗調諧單元，至少包含一第一電容器及一電晶體開關，其中該第一電容器并耦接至該晶體管開關的一第一輸出端，該晶體管開關的一輸入端接收一切換電壓，該晶體管開關并在該輸出端接收一反相切換電壓，該粗調諧單元由該晶體管開關的開啟關閉動作以決定是否輸出一固定電容值；以及一電感組合單元，用以產生一電感值，其中該該電感組合單元、該細調諧單元及該粗調諧單元一起輸出該電感電容值。
其中該粗調諧單元進一步包含一反相器，該反相器的一輸入端接收該切換電壓，而在該反相器的一輸出端輸出該反相切換電壓。
其中該開關晶體管的該第一輸出端由一第一阻抗組件耦接至該反相器的該輸出端。
其中該粗調諧單元進一步包含一第二電容器，該第二電容器的一端耦接至該開關晶體管的一第二輸出端，該開關晶體管的該第二輸出端由一第二阻抗組件耦接至該反相器的該輸出端。
其中該細調諧單元進一步包含一第二可變電容器，該第二可變電容器的控制端耦接至該第一可變電容器的控制端以共同接收該控制電壓。
其中該電感組合單元包含一第一電感器與一第二電感器，該第一電感器的一端及該第二電感器的一端耦接至一接地電壓。
其中該電流源為一第一晶體管，該第一晶體管的一控制端接收一偏置電壓，該第一晶體管的一輸出端耦接至一參考電壓，該第一晶體管的另一輸出端輸出該電流。
其中該負阻產生單元為一差動晶體管對，該差動晶體管對包含一第二晶體管及一第三晶體管，該第二晶體管的一控制端耦接至該第三晶體管的一輸出端，該第三晶體管的一控制端耦接至該第二晶體管的一輸出端。
其中該第一晶體管、該第二晶體管及該第三晶體管為P型MOS晶體管，該晶體管開關為N型MOS晶體管。
其中該第一阻抗組件及該第二阻抗組件為一第一電阻及一第二電阻。
本發明提出一種壓控震蕩器，其特征在于，包含一第一晶體管，該第一晶體管的一控制端接收一偏置電壓，該第一晶體管的一第一輸出端耦接一第一參考電壓，該晶體管的一第二輸出端輸出一電流；一差動晶體管對，該差動晶體管對耦接至該第一晶體管的該第二輸出端，該差動晶體管對包含一第二晶體管及一第三晶體管，該第二晶體管的一控制端耦接至該第三晶體管的一輸出端，該第三晶體管的一控制端耦接至該第二晶體管的一輸出端，該差動晶體管對用以接收該電流而輸出一負阻抗；以及一電感電容槽，該電感電容槽耦接至該差動晶體管對，該電感電容槽自身的一電感電容值組合該差動晶體管對的該負阻抗而產生一震蕩波，該電感電容槽包含一粗調諧單元，該粗調諧單元包含至少一第一電容器、一第二電容器、一晶體管開關、一第一阻抗組件、一第二阻抗組件及一反相器，該晶體管開關的一控制端接收一切換電壓，該切換電壓并經由該反相器而產生一反相切換電壓，該反相切換電壓經由該第一阻抗組件及該第二阻抗組件輸入至該晶體管開關的一第一輸出端及一第二輸出端，而該晶體管開關的該第一輸出端及該第二輸出端并耦接至該第一電容器及該第二電容器，由該開關晶體管的開啟關閉動作來粗略調諧該電感電容值；一細調諧單元，至少包含一第一可變電容器及一第二可變電容器，該第一可變電容器的控制端及該第二可變電容器的控制端互相耦接以接收一控制電壓，該控制電壓可同時調整該第一可變電容器及該第二可變電容器而使得該細調諧單元輸出一可變電容值，以細微調諧該電感電容值；以及多個電感器，該等電感器包含一第一電感器及一第二電感器，該第一電感器的一端及該第二電感器的一端均耦接至第二參考電壓，該第一電感器的一第一電感值及該第二電感器的一第二電感值用以提供部分的該電感電容值。
其中該第二參考電壓為一接地電壓。
其中該第一晶體管、該第二晶體管、該第三晶體管為P型MOS晶體管，該晶體管開關為N型MOS晶體管。
其中該第一阻抗組件及該第二阻抗組件為一第一電阻及一第二電阻。
本發明提出一種用于壓控震蕩器的粗調諧單元，其特征在于，其中該壓控震蕩器包含
一電流源，用以產生一電流；一負阻產生單元，耦接至該電流源，接收該電流源的該電流，用以產生一負阻抗；以及一電感電容槽，耦接至該負阻產生單元，其中該電感電容槽依據自身的一電感電容值，來組合該負阻抗以產生一震蕩波，該電感電容槽包含一細調諧單元，至少包含一第一可變電容器，其中該第一可變電容器接收一控制電壓而產生一可變電容值；一電感組合單元，用以產生一電感值；以及該粗調諧單元，該粗調諧單元包含一第一電容器，用以提供一第一電容值；一第二電容器，用以提供一第二電容值；一開關晶體管，該開關晶體管的控制端接收一切換電壓，該開關晶體管的一第一輸出端耦接至該第一電容器的一端，該開關晶體管的一第二輸出端耦接至該第二電容器的一端，該開關晶體管由該切換電壓的控制而執行一開啟關閉動作，以決定該粗調諧單元是否輸出由該第一電容值與該第二電容值組合的一固定電容值，其中該電感組合單元、該細調諧單元及該粗調諧單元一起輸出該電感電容值；以及一反相器，該反相器的一輸入端接收該切換電壓，該反相器的一輸出端輸出一反相切換電壓，該反相器的該輸出端經由一第一阻抗組件及一第二阻抗組件分別耦接至該開關晶體管的該第一輸出端及該第二輸出端。
其中該第一阻抗組件與該第二阻抗組件為一第一電阻與一第二電阻。
其中該開關晶體管為N型MOS晶體管。
本發明因采用由反相器來將開關晶體管的輸入切換電壓轉換為反相切換電壓，再輸出至開關晶體管的輸出端的結構，因此可避免壓控震蕩器的震蕩波振幅過大而導致開關晶體管的寄生二極管正向導通的效應，可降低功率損耗，并可改善震蕩器的相位噪聲位準。
為讓本發明的上述和其它目的、特征和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合附圖，作詳細說明如下，其中圖1為已知壓控震蕩器100的電路圖。
圖2為已知壓控震蕩器200的電路圖。
圖3為已知晶體管223的組件內部剖面圖。
圖4為本發明實施例壓控震蕩器400的電路圖。
具體實施例方式
圖4為本發明實施例壓控震蕩器400的電路圖，壓控震蕩器400包含電流源41、電感電容槽LC4及負阻產生單元45。電流源41包含晶體管411，晶體管411的控制端接收偏置電壓(bias voltage)V41，晶體管411的一輸出端耦接至電壓VCC，另一端則耦接至負阻產生單元45。由偏置電壓V41的控制，晶體管411可提供負阻產生單元45適當的驅動電流。其中晶體管411不限于P型MOS(metal-oxide-semiconductor，金氧半導體)晶體管，可使用N型MOS實施的。而電流源41不限于以晶體管411實施的，可使用例如電流鏡等其它方式來提供適當電流。負阻產生單元45包含晶體管451及晶體管452，晶體管451及晶體管452組合成一交互耦接(cross couple)的差動晶體管對，晶體管451的控制端耦接至晶體管452的一輸出端，而晶體管452的控制端耦接至晶體管452的一輸出端，以此耦接方式可減少噪聲，并可產生一負阻抗。負阻產生單元45利用內部主動組件而產生一負阻抗，由此負阻抗配合適當的電感電容值及電阻值可用以產生震蕩波。其中晶體管451及452不限于P型MOS晶體管，可使用N型MOS晶體管實施的。負阻產生單元亦可設計為雙極性晶體管、金氧半場效晶體管、真空管等主動組件組成的電路。
電感電容槽LC4耦接負阻產生單元45，電感電容槽45由電感組件及電容組件組成，可提供一電感電容值，但由于電感組件和電容組件本身均具有正電阻值，而配合負阻產生單元45的負阻抗而形成阻抗抵銷，可提供能量并產生震蕩波，并透過適當電壓來改變電感電容值可產生一適當頻率的震蕩波。此由控制電壓來產生震蕩波的方式例如在鎖相回路及頻率產生器的頻率處理方面占有非常重要的部分。為了分頻控制，電感電容槽LC4設計為內含有粗調諧單元42、細調諧單元43、電感組合單元44，粗調諧單元42用以粗略調諧電容值，采用開關動作來決定是否輸出一固定電容值。細調諧單元43用以細微調諧電容值，采用改變電壓來輸出一可變電容值。而電感組合單元包含電感器441及442，電感器441及442的一端均耦接至接地電壓GND。電感器441及442用以提供電感值以組合成電感電容槽的部分電感電容值，而電感組合單元44不限于設置兩電感器，可為一個電感器或多個電感器以提供適當電感值而實施之。
粗調諧單元42包含反相器421、電容器422及426、開關晶體管424、阻抗組件423及425。電容器422及426共同提供一固定電容值，晶體管424分別耦接電容器422及426。晶體管424經由切換電壓V42的控制可決定粗調諧單元42是否輸出此固定電容值。而切換電壓V42同時經由反相器421而產生反相切換電壓V421。反相切換電壓V421再經由阻抗組件423及425而輸入晶體管424的兩控制端，阻抗組件423及425使用電阻R23及R25實施的。以此設計開關晶體管424不限于N型MOS晶體管，可使用P型MOS晶體管實施之。此結構在晶體管的耦接電容器輸出端提供一反相切換電壓，可避免晶體管的寄生二極管正向導通效應，而有效改善功率損耗及相位噪聲。
細調諧單元43包含可變電容器431、及432，可變電容器431及432的控制端互相耦接，并共同接收控制電壓V43，經由改變控制電壓，可變電容器431及432可輸出連續變化的電容值，一般來說可變電容器可使用PN接面可變電容器及MOS可變電容器。而MOS可變電容器又可為DSB(double side band雙邊頻帶)結構、反轉型結構、累積型結構輸出。而可變電容值的產生方式不限于可變電容器431的控制端耦接可變電容器432的控制端，可使用輸入控制電壓于一個可變電容器的控制端的方式實施。
綜上所述，在本發明的壓控震蕩器及用于其的粗調諧單元，由于采用來將開關晶體管的輸入切換電壓由反相器轉換為反相切換電壓，再輸出至開關晶體管的輸出端的結構，因此可避免壓控震蕩器的震蕩波振幅過大而導致開關晶體管的寄生二極管正向導通的效應，可降低壓控震蕩器整體功率損耗及改善震蕩器的相位噪聲。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發明，任何熟習此技術者，在不脫離本發明的精神和范圍內，當可作些許的更動與潤飾，因此本發明的保護范圍當視后附的申請專利范圍所界定的為準。
權利要求
1.一種壓控震蕩器，其特征在于，包含一電流源，用以產生一電流；一負阻產生單元，耦接至該電流源，接收該電流源的該電流，用以產生一負阻抗；以及一電感電容槽，耦接至該負阻產生單元，其中該電感電容槽依據自身的一電感電容值，來組合該負阻抗以產生一震蕩波，該電感電容槽包含一細調諧單元，至少包含一第一可變電容器，其中該第一可變電容器接收一控制電壓而產生一可變電容值；以及一粗調諧單元，至少包含一第一電容器及一電晶體開關，其中該第一電容器并耦接至該晶體管開關的一第一輸出端，該晶體管開關的一輸入端接收一切換電壓，該晶體管開關并在該輸出端接收一反相切換電壓，該粗調諧單元由該晶體管開關的開啟關閉動作以決定是否輸出一固定電容值；以及一電感組合單元，用以產生一電感值，其中該該電感組合單元、該細調諧單元及該粗調諧單元一起輸出該電感電容值。
2.如權利要求1項所述的壓控震蕩器，其特征在于，其中該粗調諧單元進一步包含一反相器，該反相器的一輸入端接收該切換電壓，而在該反相器的一輸出端輸出該反相切換電壓。
3.如權利要求1項所述的壓控震蕩器，其特征在于，其中該開關晶體管的該第一輸出端由一第一阻抗組件耦接至該反相器的該輸出端。
4.如權利要求1項所述的壓控震蕩器，其特征在于，其中該粗調諧單元進一步包含一第二電容器，該第二電容器的一端耦接至該開關晶體管的一第二輸出端，該開關晶體管的該第二輸出端由一第二阻抗組件耦接至該反相器的該輸出端。
5.如權利要求1項所述的壓控震蕩器，其特征在于，其中該細調諧單元進一步包含一第二可變電容器，該第二可變電容器的控制端耦接至該第一可變電容器的控制端以共同接收該控制電壓。
6.如權利要求1項所述的壓控震蕩器，其特征在于，其中該電感組合單元包含一第一電感器與一第二電感器，該第一電感器的一端及該第二電感器的一端耦接至一接地電壓。
7.如權利要求1項所述的壓控震蕩器，其特征在于，其中該電流源為一第一晶體管，該第一晶體管的一控制端接收一偏置電壓，該第一晶體管的一輸出端耦接至一參考電壓，該第一晶體管的另一輸出端輸出該電流。
8.如權利要求1項所述的壓控震蕩器，其特征在于，其中該負阻產生單元為一差動晶體管對，該差動晶體管對包含一第二晶體管及一第三晶體管，該第二晶體管的一控制端耦接至該第三晶體管的一輸出端，該第三晶體管的一控制端耦接至該第二晶體管的一輸出端。
9.如權利要求1項所述的壓控震蕩器，其特征在于，其中該第一晶體管、該第二晶體管及該第三晶體管為P型MOS晶體管，該晶體管開關為N型MOS晶體管。
10.如權利要求1項所述的壓控震蕩器，其特征在于，其中該第一阻抗組件及該第二阻抗組件為一第一電阻及一第二電阻。
11.一種壓控震蕩器，其特征在于，包含一第一晶體管，該第一晶體管的一控制端接收一偏置電壓，該第一晶體管的一第一輸出端耦接一第一參考電壓，該晶體管的一第二輸出端輸出一電流；一差動晶體管對，該差動晶體管對耦接至該第一晶體管的該第二輸出端，該差動晶體管對包含一第二晶體管及一第三晶體管，該第二晶體管的一控制端耦接至該第三晶體管的一輸出端，該第三晶體管的一控制端耦接至該第二晶體管的一輸出端，該差動晶體管對用以接收該電流而輸出一負阻抗；以及一電感電容槽，該電感電容槽耦接至該差動晶體管對，該電感電容槽自身的一電感電容值組合該差動晶體管對的該負阻抗而產生一震蕩波，該電感電容槽包含一粗調諧單元，該粗調諧單元包含至少一第一電容器、一第二電容器、一晶體管開關、一第一阻抗組件、一第二阻抗組件及一反相器，該晶體管開關的一控制端接收一切換電壓，該切換電壓并經由該反相器而產生一反相切換電壓，該反相切換電壓經由該第一阻抗組件及該第二阻抗組件輸入至該晶體管開關的一第一輸出端及一第二輸出端，而該晶體管開關的該第一輸出端及該第二輸出端并耦接至該第一電容器及該第二電容器，由該開關晶體管的開啟關閉動作來粗略調諧該電感電容值；一細調諧單元，至少包含一第一可變電容器及一第二可變電容器，該第一可變電容器的控制端及該第二可變電容器的控制端互相耦接以接收一控制電壓，該控制電壓可同時調整該第一可變電容器及該第二可變電容器而使得該細調諧單元輸出一可變電容值，以細微調諧該電感電容值；以及多個電感器，該等電感器包含一第一電感器及一第二電感器，該第一電感器的一端及該第二電感器的一端均耦接至第二參考電壓，該第一電感器的一第一電感值及該第二電感器的一第二電感值用以提供部分的該電感電容值。
12.權利要求11的所述的壓控震蕩器，其特征在于，其中該第二參考電壓為一接地電壓。
13權利要求11的所述的壓控震蕩器，其特征在于，其中該第一晶體管、該第二晶體管、該第三晶體管為P型MOS晶體管，該晶體管開關為N型MOS晶體管。
14如權利要求11的所述的壓控震蕩器，其特征在于，其中該第一阻抗組件及該第二阻抗組件為一第一電阻及一第二電阻。
15.一種用于壓控震蕩器的粗調諧單元，其特征在于，其中該壓控震蕩器包含一電流源，用以產生一電流；一負阻產生單元，耦接至該電流源，接收該電流源的該電流，用以產生一負阻抗；以及一電感電容槽，耦接至該負阻產生單元，其中該電感電容槽依據自身的一電感電容值，來組合該負阻抗以產生一震蕩波，該電感電容槽包含一細調諧單元，至少包含一第一可變電容器，其中該第一可變電容器接收一控制電壓而產生一可變電容值；一電感組合單元，用以產生一電感值；以及該粗調諧單元，該粗調諧單元包含一第一電容器，用以提供一第一電容值；一第二電容器，用以提供一第二電容值；一開關晶體管，該開關晶體管的控制端接收一切換電壓，該開關晶體管的一第一輸出端耦接至該第一電容器的一端，該開關晶體管的一第二輸出端耦接至該第二電容器的一端，該開關晶體管由該切換電壓的控制而執行一開啟關閉動作，以決定該粗調諧單元是否輸出由該第一電容值與該第二電容值組合的一固定電容值，其中該電感組合單元、該細調諧單元及該粗調諧單元一起輸出該電感電容值；以及一反相器，該反相器的一輸入端接收該切換電壓，該反相器的一輸出端輸出一反相切換電壓，該反相器的該輸出端經由一第一阻抗組件及一第二阻抗組件分別耦接至該開關晶體管的該第一輸出端及該第二輸出端。
16.如權利要求15項的用于壓控震蕩器的粗調諧單元，其中該第一阻抗組件與該第二阻抗組件為一第一電阻與一第二電阻。
17.如權利要求15項所述的用于壓控震蕩器的粗調諧單元，其特征在于，其中該開關晶體管為N型MOS晶體管。
全文摘要
本發明揭示一種壓控震蕩器及用于其的粗調諧單元，壓控震蕩器包含電流源、負阻產生單元及電感電容槽。電流源產生電流至負阻產生單元。電感電容槽依據自身的電感電容值組合負阻產生單元以產生震蕩波。電感電容槽包含電感組合單元、粗調諧單元及細調諧單元。電感組合單元產生電感值。細調諧單元使用可變電容器調諧輸出的電容值。粗調諧單元使用固定電容器配合晶體管開關來選擇是否輸出固定電容值，晶體管開關的控制端接收切換電壓，而在輸出端接收反相切換電壓，用以避免晶體管開關的寄生二極管正向導通而造成額外損耗及改善相位噪聲。
文檔編號H03B7/00GK101030756SQ20061005827
公開日2007年9月5日 申請日期2006年2月28日 優先權日2006年2月28日
發明者孔維新, 李寶騏, 曹江, 吳巍 申請人:意勝科技股份有限公司