具体实施方式

在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定的组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”及“包括”为一开放式的用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大体上”是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。此外，“耦接”一词在此包含任何直接及间接的电性连接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接于一第二装置，则代表该第一装置可直接电性连接于该第二装置，或通过其它装置或连接手段间接地电性连接至该第二装置。以下所述为实施本发明的较佳方式，目的在于说明本发明的精神而非用以限定本发明的保护范围，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

接下面的描述为本发明预期的最优实施例。这些描述用于阐述本发明的大致原则而不应用于限制本发明。本发明的保护范围应在参考本发明的权利要求书的基础上进行认定。

图1A根据本发明的实施例示出具有嵌入式二次谐波滤波器的电感电容器(LC)振荡器10的图。如图1A所示，LC振荡器10可以包括诸如P型晶体管(例如，P型金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET))MP的第一晶体管，诸如N型晶体管(例如N型MOSFET)MN的第二晶体管，第一部分第一电感器(如电感器L₁₁)，第一部分第二电感器(如电感器L₁₂)，第一部分电容器(如电容器C₁)，第二部分电感器(如电容器L₂)和至少一个第二部分电容器C₂。电感器L₁₁的第一端和电感器L₁₂的第一端分别耦合到N型晶体管MN的栅极端和P型晶体管MP的栅极端。电容器C₁耦合在电感器L₁₁的第一端和电感器L₁₂的第一端之间。电感器L₂耦合在电感器L₁₁的第二端和电感器L₁₂的第二端之间。至少一个第二部分电容器耦合到第一晶体管和第二晶体管的漏极端。例如，电容器C₂耦合在P型晶体管MP的漏极端和N型晶体管MN的漏极端之间。P型晶体管MP的源极端和N型晶体管MN的源极端分别耦合到电源电压端(例如，在LC振荡器10内提供最高固定电压电平的端)和接地电压端(例如，在LC振荡器10内提供最低固定电压电平的端)。

如图1A所示，LC振荡器10可以进一步包括第三部分第一电感器(例如电感器L₃₁)和第三部分第二电感器(例如电感器L₃₂)，其中，电感器L₃₁耦合在电感器L₁₁的第二端和P型晶体管MP的漏极端之间，电感器L₃₂耦合在电感器L₁₂的第二端和N型晶体管MN的漏极端之间。

为了更好地说明，相应组件的电感和电容用相应组件相同/相似符号的斜体表示。例如，电容器C₁的电容和电容器C₂的电容分别由C₁和C₂表示，电感器L₁₁和L₁₂中每一个的电感由L₁表示，电感器L₂的电感由L₂表示，电感器L₃₁和L₃₂中的每一个的电感由L₃表示，其中符号“s”可以表示与频率和相位相关联的变量。对于具有图1A所示的电感器L₃₁和L₃₂的架构，至少电感器L₁₁和L₁₂，电感器L₂和电容器C₁构成基频谐振回路。详细地，基频fo处的阻抗Z_in1可以如下所示：

此外，至少电感器L₂，电容器C₂，电感器L₃₁和L₃₂构成二次谐波滤波器，以阻止或减弱LC振荡器10的二次谐波信号。详细地，在二次谐波频率2fo处的阻抗Z_in2可以如下所示：

在一些实施例中，可以省略电感器L₃₁和L₃₂，例如，电感器L₁₁的第二端和电感器L₁₂的第二端可以分别直接连接到P型晶体管MP的漏极端和N型晶体管MN的漏极端。在这种情况下，至少电感器L₂和电容器C₂构成二次谐波滤波器以阻止或减弱二次谐波信号。详细地，省略了电感器L₃₁和L₃₂的情况下的阻抗Z_in2可以如下所示：

由于电感器L₃₁/L₃₂对阻抗Z_in1的影响不大，为简洁起见，此处不再赘述。符号α可以代表正值，对于给定2fo，α表示与较大的C₂相乘的一个因子，这仅出于示例性目的，并不意味着对本发明的限制。

通常，优选地，从V₂到V₁的电压增益A_V尽可能高，其中电压增益A_V可以如下所示：

电感器L₃₁和L₃₂的主要目的是消除控制阻抗Z_in2和控制电压增益A_V之间不可避免的相关性。例如，期望阻抗Z_in2尽可能高(更具体地，期望阻抗Z_in2的峰值电阻Rp尽可能高)，以便阻止或减弱二次谐波频率2fo。在没有电感器L₃₁和L₃₂的情况下，峰值电阻Rp可以如下所示：

假设Q_L＝Q_C，其中，Q_L代表电感器L₂的质量因子，Q_C代表电容器C₂的质量因子。为了在不改变二次谐波滤波器的谐振频率(例如2fo)的情况下增加Z_in(更具体地说，增加Rp)，需要增加L₂并且需要减少C₂。同时，电压增益Av将逐渐减小到单元增益。在具有电感器L₃₁和L₃₂的情况下，优选地是增加L₃而不是增加L₂，以便在不牺牲电压增益A_V的情况下增加阻抗Z_in2，从而优化LC振荡器10的整体性能。

与现有技术相比，图1A所示的LC振荡器10可以有效地增加二次谐波频率2fo处的阻抗Z_in2，从而改善与噪声有关的性能(例如，较少的相位噪声)和效率(例如，与功耗，噪声和信号摆幅有关的质量因子(Figure Of Merit，FOM))。图1A中所示的LC振荡器10的另一个优点是，二次谐波滤波器跟踪由基频谐振回路引起的变化。例如，当电容C₁变化并且基频谐振回路的谐振频率因此相应地减小(例如，fo减小)时，二次谐波滤波器的谐振频率也将减小，大体上跟踪二次谐波频率(例如，跟踪2fo)。另外，由于基频谐振回路和二次谐波滤波器都不会被晶体管(例如P型晶体管MP和N型晶体管MN)分开，所以电感器L₁₁，L₁₂，L₂，L₃₁和L₃₂可以布置在一起，更具体地，如图1B所示，电感器L₁₁，L₁₂，L₂，L₃₁和L₃₂可以由没有分割的连续金属层实现。即使在一些实施例中省略了电感器L₃₁和L₃₂，由没有分割的连续金属层实现的电感器L₁₁，L₁₂和L₂也具有类似优点。在这种情况下，制程变异对这些部件的影响可以彼此非常相似或基本相同，因此由于制程变异引起的这些部件之间的失配(例如相对差异)可被最小化，这可以最小化性能对制程变异的敏感性。

应当注意，第一晶体管和第二晶体管不限于使用不同类型的晶体管。图2根据本发明实施例示出LC振荡器20的图。LC振荡器20与图1A所示的LC振荡器10非常相似，主要区别在于第一晶体管和第二晶体管均由P型晶体管(例如，MP1和MP2)实现，至少一个电容器由电容器C₂₁和C₂₂实现，其中P型晶体管MP1和MP2的源极端耦合至电源电压端，电容器C₂₁耦合在P型晶体管MP1的漏极端与接地电压端之间，电容器C₂₂耦合在P型晶体管MP2的漏极端与接地电压端之间。电感器L₂的中心抽头耦合到接地电压端。LC振荡器20的优点和性能类似于LC振荡器10的优点和性能，为简洁起见，在此不再重复相关的细节。

图3根据本发明实施例示出LC振荡器30的图。LC振荡器30与图2所示的LC振荡器20非常相似，主要区别在于第一晶体管和第二晶体管均由N型晶体管(例如，MN1和MN2)实现，其中N型晶体管MN1和MN2的源极端耦合到接地电压端，电容器C₂₁耦合在N型晶体管MN1的漏极端与电源电压端之间，电容器C₂₂耦合在N型晶体管MN2的漏极端与电源电压端之间，并且电感器L₂的中心抽头耦合到电源电压端。LC振荡器30的优点和性能类似于LC振荡器10的优点和性能，为简洁起见，在此不再重复相关的细节。

由于二次谐波滤波旨在滤波共模电流，因此可以在共模电流流经的路径上进一步添加任何附加滤波器，以建立双二次谐波滤波。更具体地，可以在图2所示的LC振荡器20中流过共模电流的路径上或图3所示的LC振荡器30中流过共模电流的路径上添加尾滤波器(tail filter)。以LC振荡器20为例，可以将尾滤波器(例如，并联连接的电感器L_tail和电容器C_tail)耦合到P型晶体管MP1和MP2的源极端，以配置如图4所示的LC振荡器40，在图4中，为简洁起见，LC振荡器40的共模信号路径上的二次谐波频率2fo处的阻抗Zcm_high标记为“Zcm_high@2fo”。类似地，尾滤波器(例如，并联连接的电感器L_tail和电容器C_tail)可以耦合到电感器L₂的中心抽头处，以配置如图5所示的LC振荡器50，在图5中，为简洁起见，LC振荡器50的共模信号路径上的二次谐波频率2fo处的阻抗Zcm_high标记为“Zcm_high@2fo”。与仅使用尾滤波器相比，LC振荡器40或50与电容器变化相关的相位噪声灵敏度可以大大降低。可以通过类推方法将尾滤波器添加到振荡器30中，因此为了简洁起见在此不再重复描述。

图6A根据本发明的实施例示出双核振荡器60的图。特别地，双核振荡器可以包括彼此相同的第一LC振荡器和第二LC振荡器。例如，双核振荡器60的上半部分可以视为第一LC振荡器，双核振荡器60的下半部分可以视为第二LC振荡器，其中第一LC振荡器和第二LC振荡器中的每一个可以由图1A所示的LC振荡器10实现，第一LC振荡器的第二部分电感器耦合到第二LC振荡器的第二部分电感器。应当注意，第一LC振荡器的第二部分电感器和第二LC振荡器的第二部分电感器由电感器L₂₁和L₂₂实现，其中电感器L₂₁的中心抽头耦合到电感器L₂₂的中心抽头，并且电感器L₂₁和L₂₂都具有电感L₂。更具体地，电感器L₂₁的上部和电感器L₂₂的上部的组合可以被认为是第一LC振荡器的第二部分电感器，并且电感器L₂₁的下部和电感器L₂₂的下部的组合可以被视为第二LC振荡器的第二部分电感器。此外，如图6B所示，所有电感器(例如，第一LC振荡器和第二LC振荡器中的电感器L₁₁/L₁₂和电感器L₃₁/L₃₂，以及电感器L₂₁/L₂₂)都可以由没有分割的连续的金属层实现。

在一些实施例中，LC振荡器10的替代设计可以应用于双核振荡器60，例如可以省略双核振荡器60的第一LC振荡器和第二LC振荡器内的电感器L₃₁和L₃₂。类似地，当省略第一LC振荡器和第二LC振荡器中的电感器L₃₁和L₃₂时，双核振荡器60内的所有电感器(例如，第一LC振荡器和第二LC振荡器两者中的电感器L₁₁/L₁₂以及电感器L₂₁/L₂₂)也可以由没有分割的连续金属层实现。具有或不具有电感器L₃₁和L₃₂的双核振荡器60的设计可以参考与图1A的实施例有关的描述，为简洁起见，在此不再赘述。

在一些实施例中，在图6A和6B中所示的第二LC振荡器内的P型晶体管MP和N型晶体管MN可以省略。例如，如图7A所示的双核振荡器70的下半部分所示，第二LC振荡器可以用第二LC谐振回路(例如，其中没有晶体管)代替。由于双核振荡器60和双核振荡器70之间的唯一区别在于是否在第二LC振荡器中配置了P型晶体管MP和N型晶体管MN，所以为简洁起见，不再重复双核振荡器70的其他细节。类似地，如图7B所示，所有的电感器(例如，第一LC振荡器和第二LC振荡器中的电感器L₁₁/L₁₂和电感器L₃₁/L₃₂，以及电感器L₂₁/L₂₂)都可以由没有分割的连续金属层实现。

由于双核振荡器60和70基于图1A所示的架构，双核振荡器60和70都具有LC振荡器10的所有优点。此外，与使用单个LC振荡器(例如，LC振荡器10、20、30、40和50中的任何一个)相比，双核振荡器60和70可以有效地使输出信号摆幅/功率加倍，从而在效率(例如，FOM)不变的情况下等效地降低了整体相位噪声(例如，改善3dB)。

简言之，本发明的实施例提供一种具有嵌入式二次谐波滤波器的LC振荡器，该LC振荡器将基本谐振回路和二次谐波滤波器组合成一个LC网络。该LC振荡器可以在不牺牲电压增益的情况下有效地增加与二次谐波信号相关的阻抗，并且由于可以通过如实施例中所示的适当布局来最小化电容器和电感器的失配，因此可以最小化制程变异对整体性能的影响。与现有技术相比，本发明的实施例不会大大增加总体成本。因此，本发明可以改善LC振荡器的整体性能而不会或者不太可能引起任何副作用。

本发明虽以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明的范围，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。