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技術 低雑音発振器振幅調整器

出願人 テレフオンアクチーボラゲットエルエムエリクソン(パブル)
発明者 エルガード,クリスティアンサンドストエム,ラーズ
出願日 2020年1月27日 (1年0ヶ月経過) 出願番号 2020-010980
公開日 2020年6月25日 (7ヶ月経過) 公開番号 2020-099059
状態 未査定
技術分野 電気機械共振器を用いた発振回路
主要キーワード 電力イベント 離散制御 振幅性 帰還パス 周波数生成回路 高ループ 表面弾性 受動コンポーネント
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重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2020年6月25日)のものです。
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図面 (11)

課題

低電力消費、低雑音、かつ、起動時間を改善した高周波数生成回路を提供する。

解決手段

周波数生成ソリューションは、より低い電力消費及びより低い雑音で高周波信号を生成するように、2つの帰還パス130、140を用いた発振器を制御する。第1の帰還パス130は、発振器出力において検出される振幅応答して発振器振幅の継続制御を提供する。第2の帰還パス140は、検出された発振器振幅に応答して、発振器の振幅調整パラメータ離散制御を提供する。第2の帰還パス140が振幅調整パラメータの調整を可能とするため、第2の帰還パス140は、第1の帰還パス130における増幅器が、低ゲイン、低電力、かつ、低雑音で動作する。

概要

背景

様々な電子機器において、例えば、基準クロック電気通信信号等のための混合周波数を提供するために、発振器が広く用いられている。負性抵抗に基づく発振器は、無線通信機器において用いられるような、高周波信号の生成に典型的に用いられる1つのタイプの発振器アーキテクチャを表す。負性抵抗に基づく発振器の例は、水晶発振器表面弾性派(SAW)に基づく発振器などを含むが、これらに限定されない。負性抵抗に基づく発振器は、負性抵抗回路に動作可能に接続される共振回路を有した発振器コアを含む。共振回路は所望の共振周波数で発振し、負性抵抗回路は共振回路の抵抗損失キャンセルする。事実上、負性抵抗回路は、共振回路の自然減衰を取り除き、したがって、発振器コアが所望の共振周波数で途切れることなく発振することを可能とする。

このような発振器を含んだ電子機器の良好な動作には、正確で信頼できる振幅制御が要求される。具体的には、例えば異なる共振回路の、異なるQ値、及び、任意の1つの発振器に対する異なるPVT(処理、電圧、及び温度)条件が、大きい振幅変動を引き起こしうることに起因して、振幅制御が必要である。例えば、高いQの共振回路を有する発振器は、低いQの共振回路を有する発振器より、高い振幅揺れを有する。さらに、線形モードで動作する発振器は、発振器振幅が、急峻にゼロに落ちること、または、発振器の非線形効果(例えば電圧クリッピング)により制限されるレベルに増えること、を防ぐように、振幅の連続的な調整を要求する。このような電圧クリッピングは、発振器の性能を大幅に劣化させ、寄生振動リスクを増やし、(回路トポロジによって)電流消費を増やし、概して発振器の振る舞いをより予測できなくしうる。正確で信頼できる振幅制御は、広い範囲のQ値及びPVT条件にわたる振幅の変動を等化すると共に良好な雑音性能を確保し、低い電流消費を提供し、寄生振動を避け、場合によっては、能動及び受動コンポーネントに対するダメージを防ぐ。

概要

低電力消費、低雑音、かつ、起動時間を改善した高周波数生成回路を提供する。周波数生成ソリューションは、より低い電力消費及びより低い雑音で高周波信号を生成するように、2つの帰還パス130、140を用いた発振器を制御する。第1の帰還パス130は、発振器出力において検出される振幅に応答して発振器振幅の継続制御を提供する。第2の帰還パス140は、検出された発振器振幅に応答して、発振器の振幅調整パラメータ離散制御を提供する。第2の帰還パス140が振幅調整パラメータの調整を可能とするため、第2の帰還パス140は、第1の帰還パス130における増幅器が、低ゲイン、低電力、かつ、低雑音で動作する。

目的

様々な電子機器において、例えば、基準クロック、電気通信信号等のための混合周波数を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
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請求項1

発振器出力(OUT)、第1の制御入力CTRL1)及び第2の制御入力(CTRL2)を有する発振器(110)と、前記発振器出力の振幅を検出するように構成される検出器(120)と、前記第1の制御入力(CTRL1)へ前記検出器を動作可能に接続する第1の帰還パス(130)であって、前記検出された振幅に応答して、前記第1の制御入力に適用される第1の制御信号(S1)を継続的に制御することによって前記発振器出力の前記振幅の時間連続制御を提供するように構成される前記第1の帰還パスと、前記検出器を前記第2の制御入力(CTRL2)に動作可能に接続する第2の帰還パス(140)であって、前記検出された振幅に応答して、前記第2の制御入力に適用される第2の制御信号(S2)の時間離散制御を与えることにより、前記発振器の1つ以上の振幅調整パラメータの時間離散制御を提供するように構成される前記第2の帰還パスと、を有することを特徴とする周波数生成回路(100)。

請求項2

前記第1の帰還パス(130)は、前記検出された振幅に応答して、前記発振器(110)のゲインを継続的に制御することにより、前記発振器出力(S0)の前記発振器振幅を継続的に制御するように構成される、ことを特徴とする請求項1に記載の周波数生成回路。

請求項3

前記第2の帰還パス(140)は、検出器出力と前記第2の制御入力(CTRL2)との間に動作可能に接続される制御回路(142)を有し、前記制御回路(142)は、前記検出された出力(A)が1つ以上の所定の条件を満たす場合に前記1つ以上の振幅調整パラメータを制御することによって、1つ以上の振幅調整パラメータの前記時間離散制御を提供するように構成される、ことを特徴とする請求項1または2に記載の周波数生成回路。

請求項4

前記制御回路(142)は、前記検出された振幅を高い方の閾値と比較するように構成された第1の比較回路を有し、前記制御回路は、前記検出された振幅が前記高い方の閾値を超える場合に前記1つ以上の振幅調整パラメータを制御することによって、前記1つ以上の振幅調整パラメータの前記時間離散制御を提供するように構成される、ことを特徴とする請求項3に記載の周波数生成回路。

請求項5

前記制御回路(142)は、前記検出された振幅を低い方の閾値と比較するように構成された第2の比較回路を有し、前記制御回路は、前記検出された振幅が前記低い方の閾値より小さい場合に前記1つ以上の振幅調整パラメータを制御することによって、前記1つ以上の振幅調整パラメータの前記時間離散制御を提供するように構成される、ことを特徴とする請求項3または4に記載の周波数生成回路。

請求項6

前記1つ以上の振幅調整パラメータは、発振器バイアス電流、発振器gmセルの数、1つ以上の前記発振器gmセルのバイアス点、及び前記発振器のコア並列に接続される可変抵抗の、少なくとも1つを含む、ことを特徴とする請求項3から5のいずれか1項に記載の周波数生成回路。

請求項7

前記第2の帰還パスは、さらに、イベントトリガに応答して前記1つ以上の振幅調整パラメータを制御することにより、前記1つ以上の振幅調整パラメータの時間離散制御を提供する、ことを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の周波数生成回路。

請求項8

前記イベントトリガは、前記発振器の電源オンにしたことを示す電力イベントトリガと、次回の無線通信を示す通信イベントトリガとの少なくとも1つを含む、ことを特徴とする請求項7に記載の周波数生成回路。

請求項9

前記通信イベントは、次回のランダムアクセスチャネル送信イベント、次回の無線送信イベント、または次回の無線受信イベントを含む、ことを特徴とする請求項8に記載の周波数生成回路。

請求項10

前記第2の帰還パス(140)は、前記発振器(110)が無線通信に使用されている場合または前記発振器が1つ以上の外部機器周波数同期確立している場合に、前記1つ以上の振幅調整パラメータへの変更を防ぐ、ことを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載の周波数生成回路。

請求項11

前記発振器の現在の状態を記憶するように構成されるメモリをさらに有し、前記現在の設定は、1つ以上の振幅調整パラメータの現在の状態を特定する、ことを特徴とする請求項1から10のいずれか1項に記載の周波数生成回路。

請求項12

発振器出力(OUT)、第1の制御入力(CTRL1)及び第2の制御入力(CTRL2)を有する発振器(110)を制御する方法であって、前記発振器出力(S0)の振幅(A)を検出すること(210)と、前記検出された振幅に応答して、前記第1の制御入力(CTRL1)に適用される第1の制御信号(S1)を継続的に制御すること(220)によって前記発振器出力の前記振幅の時間連続制御を提供することと、前記検出された振幅に応答して、前記第2の制御入力(CTRL2)に適用される第2の制御信号(S2)の時間離散制御を与えること(230)により、前記発振器の1つ以上の振幅調整パラメータの時間離散制御を提供することと、を有することを特徴とする方法。

請求項13

前記発振器出力信号の前記発振器の振幅を継続的に制御することは、前記検出された振幅(A)に応答して、前記発振器(110)のゲインを継続的に制御することを含む、ことを特徴とする請求項12に記載の方法。

請求項14

前記1つ以上の振幅調整パラメータの前記時間離散制御を提供することは、検出器出力が1つ以上の所定の条件を満たした場合に当該1つ以上の振幅調整パラメータを制御することを含む、ことを特徴とする請求項12または13に記載の方法。

請求項15

前記検出された振幅(A)を高い方の閾値と比較すること(232)をさらに有し、前記1つ以上の振幅調整パラメータの前記時間離散制御を提供することは、前記検出された振幅が前記高い方の閾値を超える場合に前記1つ以上の振幅調整パラメータを制御すること(236)を含む、ことを特徴とする請求項14に記載の方法。

請求項16

前記検出された振幅(A)を低い方の閾値と比較すること(234)をさらに有し、前記1つ以上の振幅調整パラメータの前記時間離散制御を提供することは、前記検出された振幅が前記低い方の閾値より小さい場合に前記1つ以上の振幅調整パラメータを制御すること(236)を含む、ことを特徴とする請求項14または15に記載の方法。

請求項17

前記1つ以上の振幅調整パラメータは、発振器バイアス電流、発振器gmセルの数、1つ以上の前記発振器gmセルのバイアス点、及び前記発振器のコアと並列に接続される可変抵抗(116)の、少なくとも1つを含む、ことを特徴とする請求項14から16のいずれか1項に記載の方法。

請求項18

イベントトリガに応答して前記1つ以上の振幅調整パラメータを制御することによって、前記1つ以上の振幅調整パラメータの前記時間離散制御を提供することを含む、ことを特徴とする請求項12から17のいずれか1項に記載の方法。

請求項19

前記イベントトリガは、前記発振器の電源をオンにしたことを示す電力イベントトリガと、次回の無線通信を示す通信イベントトリガとの少なくとも1つを含む、ことを特徴とする請求項18に記載の方法。

請求項20

前記通信イベントは、次回のランダムアクセスチャネル送信イベント、次回の無線送信イベント、または次回の無線受信イベントを含む、ことを特徴とする請求項19に記載の方法。

請求項21

前記発振器(110)が無線通信に使用されている場合または前記発振器が1つ以上の外部機器と周波数同期を確立している場合に、前記1つ以上の振幅調整パラメータへの変更を防ぐように、前記第2の制御入力(CTRL2)に適用される前記第2の制御信号(S2)を制御することをさらに含む、ことを特徴とする請求項12から20のいずれか1項に記載の方法。

請求項22

メモリに前記発振器の現在の状態を記憶することをさらに有し、前記現在の設定は、1つ以上の振幅調整パラメータの現在の状態を特定する、ことを特徴とする請求項12から21のいずれか1項に記載の方法。

請求項23

周波数生成回路(100)の発振器(110)を制御するための非一時的コンピュータ可読媒体に記憶されたコンピュータプログラムであって、前記発振器は、発振器出力(OUT)、第1の制御入力(CTRL1)及び第2の制御入力(CTRL2)を有し、前記コンピュータプログラムは、前記周波数生成回路において実行される場合に、前記周波数生成回路に、前記発振器出力の振幅(A)を検出させ(210)、前記検出された振幅に応答して、前記第1の制御入力に適用される第1の制御信号(S1)を継続的に制御すること(220)による前記発振器出力の前記振幅の時間連続制御を提供させ、前記検出された振幅に応答して、前記第2の制御入力に適用される第2の制御信号(S2)の時間離散制御を与えること(230)による前記発振器の1つ以上の振幅調整パラメータの時間離散制御を提供させる、ソフトウェア命令を含む、ことを特徴とするコンピュータプログラム。

請求項24

請求項1から11のいずれか1項に記載の周波数生成回路(100)を有する無線通信機器

技術分野

0001

ここで提示される解決策は、一般に周波数生成に関し、より具体的には、高周波生成回路位相雑音及び電力消費の低減に関する。

背景技術

0002

様々な電子機器において、例えば、基準クロック電気通信信号等のための混合周波数を提供するために、発振器が広く用いられている。負性抵抗に基づく発振器は、無線通信機器において用いられるような、高周波信号の生成に典型的に用いられる1つのタイプの発振器アーキテクチャを表す。負性抵抗に基づく発振器の例は、水晶発振器表面弾性派(SAW)に基づく発振器などを含むが、これらに限定されない。負性抵抗に基づく発振器は、負性抵抗回路に動作可能に接続される共振回路を有した発振器コアを含む。共振回路は所望の共振周波数で発振し、負性抵抗回路は共振回路の抵抗損失キャンセルする。事実上、負性抵抗回路は、共振回路の自然減衰を取り除き、したがって、発振器コアが所望の共振周波数で途切れることなく発振することを可能とする。

0003

このような発振器を含んだ電子機器の良好な動作には、正確で信頼できる振幅制御が要求される。具体的には、例えば異なる共振回路の、異なるQ値、及び、任意の1つの発振器に対する異なるPVT(処理、電圧、及び温度)条件が、大きい振幅変動を引き起こしうることに起因して、振幅制御が必要である。例えば、高いQの共振回路を有する発振器は、低いQの共振回路を有する発振器より、高い振幅揺れを有する。さらに、線形モードで動作する発振器は、発振器振幅が、急峻にゼロに落ちること、または、発振器の非線形効果(例えば電圧クリッピング)により制限されるレベルに増えること、を防ぐように、振幅の連続的な調整を要求する。このような電圧クリッピングは、発振器の性能を大幅に劣化させ、寄生振動リスクを増やし、(回路トポロジによって)電流消費を増やし、概して発振器の振る舞いをより予測できなくしうる。正確で信頼できる振幅制御は、広い範囲のQ値及びPVT条件にわたる振幅の変動を等化すると共に良好な雑音性能を確保し、低い電流消費を提供し、寄生振動を避け、場合によっては、能動及び受動コンポーネントに対するダメージを防ぐ。

発明が解決しようとする課題

0004

負帰還ループは、発振器出力の振幅を制御するための1つの方法を与え、ここで、負帰還ループは、発振器出力の振幅を検知して、発振器コアの動作店を制御することによりその振幅を調整する。例えば、発振器コアのアクティブトランジスタ機器を通じて電流を制御することが、負性抵抗を制御するように発振器コアのトランスコンダクタンスgmを制御し、この結果、発振器振幅を制御する。しかしながら、このような負帰還ループは、特に負帰還ループが高いゲインを有する場合に、発振器コア内に雑音を引き起こしうる。さらに、発振器コアの非線形特性が、入力雑音を、AM(振幅変調)雑音及びPM(位相変調)雑音の両方へ変換する。負帰還ループのループゲインを増やすことがAM雑音を減らす一方で、このようなループゲインの増加は、電力消費を増やすのみならずPM雑音を減らさない。負帰還ループの帯域幅を減らすこともノイズを減らすが、このような帯域幅の低減は、発振器の起動時間を増やし、発振器入力信号をフィルタリングするのに必要な任意のフィルタのサイズ(消費されるチップ領域)を不必要に増やす可能性がある。したがって、このような帯域幅の低減もまた望ましくない。

0005

上述のように、負性抵抗に基づく発振器は、高周波用途に特に有用であり、mmW(ミリ波通信に特に重要でありうる。また、特に、例えば水晶またはSAW共振器に基づく基準発振器に対して、さらに高い周波数、今日の数十MHzから数百MHz及び場合によってはGHzの範囲に近づくさらなる周波数、の使用が予測される。このようなより高い周波数の生成は、一般に、より高い電力消費をもたらす。さらに、このような高い周波数の使用は、また、共振器公差の増加、雑音の増加、コンポーネントサイズの増加、起動時間の長期化、および/または回路及び関連するパッケージ寄生素子からの影響が大きくなることに起因して、設計の課題を提起する。このように、より高い電力消費、より高い雑音、および/または、より長い起動時間を生じさせない、改善された、より高い周波数生成回路に対する必要性が残っている。

課題を解決するための手段

0006

ここで提示される解決策は、2つの帰還パスを用いて発振器振幅を制御することにより、電力消費が低く雑音が小さい高周波数信号を生成する。第1の帰還パスは、発振器出力において検出される振幅に応答して発振器振幅の継続制御を提供する。第2の帰還パスは、検出された発振器振幅に応答して、発振器の振幅調整パラメータ離散制御を提供する。第2の帰還パスが振幅調整パラメータの調整を可能とするため、第2の帰還パスは、第1の帰還パスにおける増幅器が、発振器の性能を脅かすことなく、低減されたゲインで、したがってまた低減された電力及び低減された雑音で、動作することを可能とする。

0007

1つの例示の実施形態は、発振器、検出器、第1の帰還パス、及び第2の帰還パスを有する周波数生成回路を含む。発振器は、発振器出力、第1の制御入力、第2の制御入力を有する。検出器は、発振器出力の振幅を検出するように構成される。第1の帰還パスは、検出器を第1の制御入力に動作可能に接続し、その検出された振幅に応答して、第1の制御入力に適用される第1の制御信号を継続的に制御することによって発振器出力の振幅の時間連続制御を提供するように構成される。第2の帰還パスは、検出器を第2の制御入力に動作可能に接続し、検出された振幅に応答して、第2の制御入力に適用される第2の制御信号の時間離散制御を提供することにより、発振器の1つ以上の振幅調整パラメータの時間離散制御を提供するように構成される。

0008

別の例示の実施形態は、発振器出力、第1の制御入力、及び第2の制御入力を備えた発振器を制御する方法を含む。方法は、発振器出力の振幅を検出することと、検出された振幅に応答して、第1の制御入力に適用される第1の制御信号を継続的に制御することによって発振器出力の振幅の時間連続制御を提供することを含む。方法は、検出された振幅に応答して、第2の制御入力に適用される第2の制御信号の時間離散制御を提供することによって発振器の1つ以上の振幅調整パラメータの時間離散制御を提供することをさらに含む。

0009

別の例示の実施形態は、周波数生成回路の発振器を制御する非一時的コンピュータ可読媒体に記憶されたコンピュータプログラムプロダクトを含む。発振器は、発振器出力、第1の制御入力、及び、第2の制御入力を有する。コンピュータプログラムプロダクトは、周波数生成回路において実行されるときに、その周波数生成回路に、発振器出力の振幅を検出させ、検出された振幅に応答して、第1の制御入力に適用される第1の制御信号を継続的に制御することによって発振器出力の振幅の時間連続制御を提供させるソフトウェア命令を含む。ソフトウェア命令は、周波数生成回路で実行されるときに、周波数生成回路に、さらに、第2の制御入力に適用される第2の制御信号の時間離散制御を提供することによって、発振器の1つ以上の振幅調整パラメータの時間離散制御を提供させる。

図面の簡単な説明

0010

1つの例示の実施形態による周波数生成回路のブロック図である。
1つの例示の実施形態による振幅制御方法を示す図である。
1つの例示の実施形態による図1の周波数生成回路の第1の帰還パスのブロック図である。
1つの例示の実施形態による図1の周波数生成回路の第2の帰還パスのブロック図である。
1つの例示の実施形態による別の振幅制御方法を示す図である。
高いゲインを有する第1の帰還パスのみを用いて達成可能なシミュレーション結果を示す図である。
低いゲインを有する第1の帰還パスのみを用いて達成可能なシミュレーション結果を示す図である。
ここで提示される解決策を用いて達成可能な例示のシミュレーション結果を示す図である。
第1の帰還パスが様々なゲインを有する場合の例示のシミュレーション結果を示す図である。
ここで提示される解決策を用いて達成可能な雑音の改善の例示のシミュレーション結果を示す図である。

実施例

0011

図1は、1つの例示の実施形態による周波数生成回路100のブロック図を示している。簡単にするため、図1は、ここで提供される説明を促進するのに必要な周波数生成回路100の要素のみを示している。周波数生成回路100が図1に示されていない追加のコンポーネントおよび/または信号接続を含んでもよいことが当業者には理解されるだろう。

0012

周波数生成回路100は、発振器出力の振幅を制御する制御回路115に接続された発振器110を含む。発振器110は、第1の制御入力(CTRL1)、第2の制御入力(CTRL2)、及び出力(OUT)を含む。発振器110は、水晶発振器または負性抵抗回路114に動作可能に接続される共振回路112を有する他の負性抵抗に基づく発振器を含んでもよい。1つの例示の実施形態において、共振回路112は水晶を有してもよく、負性抵抗回路114は増幅器(不図示)を有してもよい。それぞれ第1及び第2の制御入力に適用される第1及び第2の制御信号(S1及びS2)は、発振器110の出力における信号の振幅S0を制御する。特に、後にさらに説明するように、第1の制御信号S1はS0の振幅の時間連続制御を提供する一方で、第2の制御信号S2は発振器110の1つ以上の振幅調整パラメータの時間離散の制御を提供する。例示の振幅調整パラメータは、発振器バイアス電流、アクティブな発振器gmセルの数、1つ以上の発振器gmセルのバイアス点、および/または、発振器110のコア並列に接続される可変抵抗を含むが、これに限られない。第2の制御信号S2が発振器110の設定を制御するため、S2は、第1の制御信号S1によって提供される時間連続の振幅制御へのその他の点での要求の緩和を可能とする。

0013

制御回路115は、図2の例示の方法200により、発振器出力信号S0に応答して、第1及び第2の制御信号S1、S2を生成する。より具体的には、制御回路115は、検出器120、第1の帰還パス130、及び第2の帰還パス140を有する。発振器出力と第1の帰還パス130及び第2の帰還パス140の入力との間に接続される検出器120は、発振器出力信号S0の振幅Aを検出する(ブロック210)。第1の帰還パス130は、検出された振幅Aに応答して第1の制御信号S1を継続的に制御することによって、発振器出力信号S0の振幅の時間連続制御を提供する(ブロック220)。第2の帰還パス140は、検出された振幅Aに応答して、離散時間で、第2の制御信号S2を制御することにより、発振器110の1つ以上の振幅調整パラメータの時間離散制御を提供する(ブロック230)。例えば、第2の制御信号は、負性抵抗回路114の動作を制御するパラメータの時間離散制御を与えうる。発振器110の振幅調整パラメータを制御することにより、第2の帰還パス140は、第1の帰還パス130がより低いゲインで、したがって、より低い電力で、そしてより小さい雑音を伴って、動作することを可能とする。

0014

図3は、1つの例示の実施形態による第1の帰還パス130のブロック図を示している。この実施形態において、第1の帰還パス130は、増幅器132及びフィルタ134を含む。検出された振幅A、及び、基準振幅Arefが、増幅器132に入力される。増幅器132は、検出された振幅Aと基準振幅Arefとの間の差から形成される振幅誤差Aerrを増幅し、フィルタ134は、第1の制御信号S1を生成するために増幅された信号をローパスフィルタリングすることによって、発振器110への雑音の入力を減らすのに役立つ。第1の制御信号S1は、負性抵抗回路114のゲインを制御することによって、発振器コアのゲインを制御する。その際、第1の制御信号S1は、発振器出力信号S0の振幅を制御する。

0015

増幅器132は第1の帰還パス130のゲインを規定する。可変環境条件、発振器特性、および/または発振器110の寿命が、発振器出力信号S0の振幅を十分に制御するための第1の制御信号S1の特性に影響を与えうるため、従来のシステムは、いくつかのより極限の状態が非常に稀であっても、広範な条件を考慮するように、増幅器132のゲインを設定する傾向がある。例えば、より高い温度が、通常の動作温度での同一の入力制御信号を用いて得られるだろうものと比較して、発振器コアのゲインを低減しうる。従来の解決策は、発振器出力S0の振幅を所望のレベルを下回るまで落とすことなく、発振器コアが極限の温度条件さえも取り扱うことを可能とするのに増幅器132のゲインが十分高くなることを確実にすることによって、この問題を対処する。しかしながら、このような高いゲインの条件は、増幅器132に、より多くの電力を消費させ、多くの動作条件に対してその他必要となるだろうよりも多くの雑音を発振器コアに加えさせる。

0016

ここで提供される解決策は、発振器110の振幅調整パラメータを制御するために、制御回路115に、第2の帰還パス140を組み込み、第1の帰還パス130がより低いゲインのために設計され構成されることを可能とする。第1の帰還パス130におけるこのようなゲインの低減は、より低い電力で周波数生成回路100が動作することを可能とし、発振器110へ入力される雑音レベルを低減する。そのために、第2の帰還パス140は、発振器出力信号S0の検出された振幅Aに応答して、1つ以上の振幅調整パラメータを制御する。例えば、検出された振幅Aが、第1の制御信号が発振器振幅を十分に増幅できないことを示す非常に低くまで落ちた場合、第2の帰還パス140は、例えば、バイアス電流を増やすこと、アクティブな発振器gmセルの数を増やすこと、および/またはアクティブなgmセルのバイアス点を増加することによって、振幅調整パラメータを調整しうる。代わりに、または追加的に、第2の帰還パス140は、例えば発振器110の様々な出力にわたって接続される可変抵抗116を用いて、発振器コアと並列に接続された可変抵抗のレジスタンスを増加することによって、振幅調整パラメータを調整してもよい。別の例では、検出された振幅Aが、発振器出力信号S0の振幅が非常に高いことを示す非常に高くまで増大する場合、第2の帰還パス140は、バイアス電流を減らし、アクティブな発振器gmセルの数を減らし、アクティブなgmセルの1つ以上のバイアス点を下げ、および/または、発振器110のコアと並列に接続された可変抵抗116のレジスタンスを下げうる。いずれにしても、第2の帰還パス140は、第1の帰還パス130が高いゲインを有することを要求することなく、発振器110が出力において所望の振幅を維持することを可能とするように、検出された振幅Aによって示されるような現在の動作状態に対して、振幅調整パラメータを調整する。

0017

増幅器132のゲインがほとんどの動作条件に対処するように設計されるため、第2の帰還パス140によって提供される制御は、時間離散の方法で実行されうる。例えば、第2の帰還パス140は、図4に示すように、制御回路142を含みうる。制御回路142は、検出された振幅Aが、1つ以上の所定の条件、例えば閾値条件を満たす場合に、振幅調整パラメータを制御するのみによる時間離散の方法で、発振器の振幅調整パラメータを制御しうる。例えば、制御回路142は、検出された振幅Aが高い方の閾値TUを超える又は低い方の閾値TLより低い場合にのみ、振幅調整パラメータを制御するために、第2の制御信号S2を制御しうる。さらに、制御回路142は、ある動作条件の下でおよび/またはイベントトリガに応答してのみ、振幅調整パラメータを制御するために、第2の制御信号S2を制御してもよい。例えば、制御回路142は、発振器110が電源オンとした場合および/または発振器110がある通信イベントトリガに応答して動作している場合に振幅調整パラメータが変化することを許容するように、第2の制御信号S2を制御してもよい。しかしながら、例えばアクティブな通信の間の振幅調整パラメータを変更することが発振器110の位相および/または周波数が途絶しうるため、制御回路142は、この途絶を防ぐべき期間の間、振幅調整パラメータが変化することを防ぐように、第2の制御信号S2を制御してもよい。したがって、制御回路142は、閾値条件に加えて、電源オンオフイベントと通信イベントトリガとの少なくともいずれかを、発振器の振幅調整パラメータの追加の時間離散制御を提供するために使用しうる。

0018

図5の例示の方法250は、起動時に発振器110を制御するためのより詳細なアプローチを与える。この例示の方法250において、発振器110の電源がオンとされ(ブロック202)、処理は、発振器110が安定するまで待機する(ブロック204)。発振器110が安定する(ブロック204)と、検出器120は、発振器出力信号S0の振幅Aを検出する(ブロック210)。検出された振幅Aが高い方の閾値TUを超える(ブロック232)または低い方の閾値TLより低い(ブロック234)場合、第2の帰還パス140における制御回路142は、現在の設定を用いて所望の振幅を維持することができないと判定する。したがって、それに応じて、制御回路142は、発振器110の1つ以上の振幅調整パラメータを変える(ブロック236)。発振器110が再度安定する(ブロック204)と、ブロック210、232、及び234が繰り返されうる。この繰り返しは、無限であってもよいし、ある所定の最大繰り返し数の後に終了してもよい。

0019

図6図10は、ここで提示される解決策の利点を説明するためのシミュレーション結果を示している。まず、図6及び図7は、制御回路115が第2の帰還パス140を含まない場合に達成可能な発振振幅を示している。この場合、発振器110の振幅調整パラメータが固定され、第1の帰還パス130が振幅制御のみを提供する。図6は、第1の帰還パス130における増幅器132が、例えば10より大きい相対的に高いループゲインをもたらす高いゲインで動作するように構成される場合の結果を、例えば5より小さい相対的に低いループゲインをもたらすより低いゲインで増幅器132が動作する場合の図7の結果と対比して、与えている。図6が示すように、ループゲインの高い実装は、非常に小さい振幅変動、例えば最高の状態の50〜55%を提供する。しかしながら、この小さい振幅変動を達成するのに必要な高いゲインは、高い電力消費と高い雑音レベルをもたらす。低いループゲインの実装は、低い電力消費と雑音レベルを可能とするが、図7に示すように、この低いループゲインの実装は、相対的に高い振幅の変動、例えば最高の状態の48〜68%を有する。

0020

図8は、発振器110の振幅調整パラメータの時間離散調整を可能とするための制御回路115を伴って第2の帰還パス140が含まれる場合の結果を示している。このシミュレーションでは、第1の帰還パス130が低いゲインを有し、第2の帰還パス140が、図8における3つの曲線により示されるように、2つの追加の振幅調整パラメータ、例えば発振器コアにおけるバイアステール電流および/またはgmセルの数を制御するのに用いられる。図8が示すように、ここで提示される解決策は、以前は第1の帰還パス130が低いループゲインを有する場合に達成できなかった、小さい振幅変動(52〜60%)をもたらす。このように、ここで提示される解決策は、高いループゲインの実装に関連してより一般的に振幅制御の利点を提供しながら、低いループゲインの実装と関連してより一般的に低い雑音及び電力消費を提供する。

0021

図9は、増幅器132のゲインがどのように振幅制御と雑音/電力低減との間の所望のトレードオフを達成するために選択されうるかを説明するシミュレーション結果を示している。図9の結果は、例えば「高ループゲイン」、「低ループゲイン」、「第2の帰還パスを含んだ低ループゲイン」など、各点において定性的に特定された6つのシナリオに対する、発振器振幅性能を説明している。最初の4つのシナリオは、第2の帰還パス140が含まれない場合の高い/低いループゲイン及び高い/低いQのシナリオに対する振幅性能を示している。最後の2つのシナリオは、第2の帰還パス140が含められる場合の低いループゲイン及び高い/低いQのシナリオに対する振幅性能を示している。

0022

図10は、図9のものと同じ6つのシナリオに対する雑音性能を説明し、したがって、ここで提示される解決策によって与えられる雑音の改善を説明する、シミュレーション結果である。具体的には、上の2つのプロットが、振幅調整パラメータが固定され、第1の帰還パス130のループゲインが高い場合の周波数生成回路100の動作を示す。最下部のプロットは、第1の帰還パス130のループゲインが低い場合に発振器コアのバイアス電流とgmセルを変更するのに第2の帰還パス140が用いられる場合の結果を示している。したがって、ここで提示される解決策は、高ゲイン負帰還に関連する振幅制御の利点と低ゲインの負帰還と関連する電力及び雑音の利点とを有する周波数生成回路を提供している。

0023

本発明は、当然ながら、本発明の本質的な特徴から離れることなく、ここで特に説明されたもの以外の方法で実行されてもよい。本実施形態は、あらゆる点で説明のためであって制限するものではないと見なされるべきであって、添付の特許請求の範囲の意味及び均等の範囲内のすべての変更がその中に包含されることが意図されている。

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