用于压控振荡器的系统和方法技术方案

本公开涉及用于压控振荡器的系统和方法。根据实施例，压控振荡器(VCO)包括具有多个晶体管的VCO核以及变容二极管电路，变容二极管电路具有耦合至VCO核的发射极终端的第一端和耦合至调谐终端的第二端。变容二极管电路包括相对于VCO核的发射极终端随着施加给调谐终端的电压的增加而增加的电容。

【技术实现步骤摘要】
用于压控振荡器的系统和方法
本公开总体上涉及电子设备，更具体地，涉及用于压控振荡器(VCO)的系统和方法。
技术介绍
毫米波频率领域的应用由于低成本半导体技术(诸如硅锗(SiGe)和精细几何互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺)的快速发展而在过去几年得到广泛关注。高速双极和金属氧化物半导体(MOS)晶体管的可用性导致对60GHz、77GHz和80GHz以及超过100GHz的mm波应用的集成电路的需求增加。这种应用例如包括汽车雷达和数千兆位通信系统。在一些雷达系统中，雷达和目标之间的距离通过以下处理来确定：发射频率调制信号、接收频率调制信号的反射以及基于频率调制信号的发射和接收之间的时间延迟和/或频率差来确定距离。雷达系统的分辨率、精度和敏感度可部分地取决于雷达的频率发生电路的相位噪声性能和频率捷变，其中频率发生电路通常包括RF振荡器和控制RF振荡器的频率的电路。然而，随着RF系统的工作频率的持续增加，这种高频率下信号的生成面临重大挑战。在高频下操作的振荡器会经受由包括VCO的设备中的1/f和热噪声所引起的较差的相位噪声性能。
技术实现思路
根据一个实施例，一种压控振荡器(VCO)包括：VCO核，具有多个晶体管；以及变容二极管电路，具有耦合至VCO核的发射极终端的第一端和耦合至调谐终端的第二端。变容二极管电路包括随着相对于VCO核的发射极终端的施加给调谐终端的电压的增加而增加的电容。附图说明为了更完整地理解本专利技术及其优势，现在结合附图进行以下描述，其中：图1包括示出了示例性汽车雷达系统的操作的图1a和图1b、示出了传统VCO的示意图的图1c、示出了传统VCO的性能的图1d以及示出了示例性频率发生系统的框图的图1e和图1f；图2示出了示例性VCO的示意图；图3示出了另一示例性VCO的示意图；图4示出了又一示例性VCO的示意图；图5示出了用于示例性VCO的频率对调谐电压的曲线图；图6示出了示例性方法的框图；以及图7示出了示例性雷达系统。不同附图中的对应数字和标号通常表示对应的部分，除非另有指定。绘制附图以清楚地示出优选实施例的相关方面而没有必要按比例绘制。为了更清楚地示出特定实施例，表示相同结构、材料或工艺步骤的字母可以跟随在附图标号后面。具体实施方式以下详细讨论优选实施例的制造和使用。然而，应该理解，本专利技术提供了许多可在各种具体条件下具体化的可应用专利技术概念。所讨论的具体实施例仅仅是制造和使用本专利技术的具体方法，而不用于限制本专利技术的范围。现在将在具体条件下(用于雷达系统的系统和方法，诸如汽车雷达系统)参照优选实施例描述本专利技术。本专利技术还可应用于使用RF振荡器的其他系统和应用，诸如一般的雷达系统和无线通信系统。在本专利技术的实施例中，VCO的调谐特性被配置为使得VCO的频率随着施加给VCO的变容二极管电路的电压的增加而减小。通过配置VCO的调谐特性使得VCO随着电压的增加而减小，VCO以最低kvco和最低相位噪声操作的区域对应于低或最小电压。相应地，示例性VCO可以以具有低控制电压的操作的高性能和低噪声区域进行操作。例如，这种实施例适合于具有低电源电压的系统中的操作。图1a示出了示例性汽车雷达场景100，其中汽车102具有汽车雷达系统104。汽车雷达系统104例如发射和接收频率调制连续波(FMCW)信号，并检测该发射信号的反射以确定汽车雷达系统104与道路上的其他车辆或对象之间的距离。在所示场景中，诸如卡车的大型汽车16比诸如摩托车的小型车辆108更接近汽车102。在正常操作条件下，大型车辆106的回声或反射的幅度大于小型车辆108的反射，因为大型车辆106与小型车辆108相比更大且更接近汽车102。图1b示出了针对图1a的场景的接收信号水平对接收频率的曲线图120。信号水平对频率曲线122对应于来自大型车辆106的接收反射，并且信号水平峰值130的频率f1对应于汽车雷达系统104和大型车辆106之间的距离。类似地，信号水平对频率曲线126对应于来自小型车辆108的接收反射，并且信号水平峰值132的频率F2对应于汽车雷达系统104和小型车辆108之间的距离。相应地，大型车辆106和小型车辆108之间的距离与频率F1和F2之间的间隔成比例。与期望的输出信号一起，雷达发射器的相位噪声也被发射和接收。从大型车辆106反射的相位噪声被表示为虚线124。如曲线图120所示，相位噪声124影响雷达接收从小型车辆108反射的信号的能力。由于小型车辆108的信号水平峰值132与由于从大型车辆106反射的相位噪声的对应本底噪声之间的信噪比被表示为长度134。从图1b的曲线图可以看出，相位噪声影响汽车雷达系统104识别小型和遥远对象的能力。雷达发射器的相位噪声越大，雷达系统能够识别小型和遥远对象的能力就越弱。图1c示出了根据“推-推”架构的传统VCO150。VCO包括VCO核(具有晶体管153和电感器154)、匹配网络152、变容二极管158和电流源160。晶体管153根据偏置电压Vbias而被偏置，并且变容二极管158的电容根据调谐电压Vtune而调整。VCO150的振荡频率近似为：其中，L154是电感器154的电感，C158是变容二极管158的电容。VCO150的输出为Vout，其提供fOSC的两倍的输出频率。变容二极管158可以实施为与施加于其终端两侧的电压成反比的二极管电容。如图所示，调谐电压Vtune耦合至组成变容二极管158的变容二极管的阴极。随着调谐电压Vtune相对于地增加，变容二极管逐渐变得反向偏置，并且变容二极管158的电容也具有对应的下降。电容相对于所施加电压的这种下降可以归因于反向偏置二极管中的耗尽区域的宽度随二极管两端电压的增加而增加。由于VCO150的振荡频率fOSC与变容二极管158的电容C158成反比，所以振荡频率fOSC随着调谐电压Vtune的对应增加而增加。在图1d中的曲线170中示出了振荡频率fOSC与调谐电压Vtune之间的示例性关系。在图1d中还示出了表示VCO增益Kvco相对于Vtune的曲线172以及表示相位噪声PNssb相对于Vtune的曲线174。如图所示，相位噪声PNssb随着所施加的调谐电压Vtune的增加和VCO增益Kvco的降低而降低。由于最好的相位噪声性能的区域对应于更高的施加Vtune电压，所以其对于设计利用这些VCO的低压系统来说是具有挑战的。例如，如果诸如PLL的特定低压系统被限制为仅传输大约0.2V和大约2.0V之间的调谐电压，则系统不能够在操作的最低相位噪声区域中操作VCO。这会在确保可用调谐电压范围映射到具有充分相位噪声性能的特定输出频率范围方面存在系统设计挑战。图1e示出了具有前端电路182的示例性RF系统180的框图，前端电路182包括RF振荡器184，通过微控制器单元(MCU)188中的数模转换器(DAC)187控制RF振荡器184的频率。如图所示，前端电路182可以在与MCU188独立的封装件中和/或独立的集成电路管芯上实施。在一个实施例中，前端电路182可以在实施RF晶体管(诸如SiGeHPT)和其他类型的晶体管的高性能RF工艺中实施。另一方面，MCU188可以使用精细几何CMOS工艺来实施。在一个实施例中，前端电路182可以包括又一DAC186本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压控振荡器(VCO)，包括：VCO核，包括多个晶体管；以及变容二极管电路，具有耦合至所述VCO核的发射极终端的第一端以及耦合至调谐终端的第二端，其中所述变容二极管电路包括随着相对于所述VCO核的所述发射极终端的施加给所述调谐终端的电压的增加而增加的电容。

【技术特征摘要】
2015.01.08 US 14/592,4151.一种压控振荡器(VCO)，包括：VCO核，包括多个晶体管；变容二极管电路，具有耦合至所述VCO核的发射极终端的第一端以及耦合至调谐终端的第二端，其中所述变容二极管电路具有随着相对于所述VCO核的所述发射极终端的施加给所述调谐终端的电压的增加而增加的电容，所述变容二极管电路包括：第一电容器，具有耦合至所述VCO核的所述发射极终端中的第一发射极终端的第一终端；第一变容二极管，具有耦合至所述第一电容器的第二终端的阴极和耦合至所述调谐终端的阳极；以及RF扼流电路，耦合在所述第一电容器的第二终端和变容二极管参考终端之间；以及耦合至所述变容二极管参考终端的电压参考电路。2.根据权利要求1所述的VCO，其中所述电压参考电路包括：电阻器，耦合在第一参考终端和所述变容二极管参考终端之间，其中所述第一参考终端耦合至所述VCO核的集电极终端；以及第二二极管，耦合在所述变容二极管参考终端和第二参考终端之间。3.根据权利要求2所述的VCO，其中所述第二二极管包括多个二极管。4.根据权利要求2所述的VCO，其中所述第二参考终端是地终端。5.根据权利要求1所述的VCO，其中所述电压参考电路包括耦合在所述变容二极管参考终端和第一参考终端之间的电压调节器。6.根据权利要求5所述的VCO，其中所述电压调节器包括低压差(LDO)电压调节器。7.根据权利要求5所述的VCO，其中所述第一参考终端耦合至所述VCO核的集电极终端。8.根据权利要求5所述的VCO，其中所述VCO核的集电极终端耦合至所述变容二极管参考终端。9.根据权利要求8所述的VCO，其中所述变容二极管参考终端经由第二电阻器耦合至所述VCO核的所述集电极终端。10.根据权利要求1所述的VCO，其中所述VCO包括耦合至所述VCO核的所述发射极终端的输出节点。11.根据权利要求1所述的VCO，其中所述VCO包括10GHz和30GHz之间的操作频率。12.一种压控振荡器(VCO)，包括：VCO核，包括多个晶体管；变容二极管电路，耦合至所述VCO核的发射极终端，其中所述变容二极管电路包括：第一电容器，具有耦合至所述VCO核的所述发射极终端中的第一发射极...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·特罗塔，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE