发明创造名称：一种基于偶次非线性幅度反馈的压控振荡器
外观设计名称：
决定号：199479
决定日：2020-01-07
委内编号：1F257404
优先权日：
申请（专利）号：201510711698.2
申请日：2015-10-28
复审请求人：东南大学
无效请求人：
授权公告日：
审定公告日：
专利权人：
主审员：史卫萍
合议组组长：伊健
参审员：彭慧
国际分类号：H03L7/099
外观设计分类号：
法律依据：专利法第26条第4款，专利法第22条第3款
决定要点
：如果一项权利要求所要求保护的技术方案是所属技术领域的技术人员能够从说明书充分公开的内容中得到或概括得出的技术方案，并且不超出说明书公开的范围，则该权利要求能够得到说明书的支持。
全文：
本复审请求涉及申请号为201510711698.2，名称为“一种基于偶次非线性幅度反馈的压控振荡器”的发明专利申请（下称本申请）。申请人为东南大学。本申请的申请日为2015年10月28日，公开日为2016年01月27日。
经实质审查，国家知识产权局原审查部门于2018年05月21日发出驳回决定，驳回了本申请，其理由是：权利要求1与最接近的现有技术：对比文件1（“Class-C VCO With Amplitude Feedback Loop for Robust Start-Up and Enhanced Oscillation Swing”，Wei Deng 等，《IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS》，第48卷，第2期，第429-440页，2013年2月28日）的区别技术特征在于：（1）基于偶次非线性幅度反馈的压控振荡器；振荡电路中不采用电流源；反馈电路利用偶次非线性原理实现反馈；电感L和电容C构成LC谐振回路，差分电感L的正端接电容C的正端，差分电感L的负端接电容C的负端；电容C的正端作为振荡电路的第一输出端，电容C的负端作为振荡电路的第二输出端；第一变容管Cv1的正端接电容C的正端，第二变容管Cv2的负端接电容C的负端；（2）反馈电路的具体结构及其实现方式。然而，上述区别技术特征的部分技术特征被对比文件2（“A 950μW5.5-GHz Low Voltage PLL with Digitally-Calibrated ILFD and Linearized Varactor”，Sho Ikeda 等，《Asia and South Pacific Design Automation Conference》，第23-24页，2014年12月31日）公开，部分属于本领域惯用手段，其他部分是本领域技术人员基于对比文件2容易想到的，因此，在对比文件1的基础上结合对比文件2和本领域公知常识得到权利要求1的技术方案是显而易见的，权利要求1不具有突出的实质性特点和显著的进步，不具有创造性。驳回决定所依据的文本为：2018年02月05日提交的权利要求1项、申请日2015年10月28日提交的说明书第[0001]-[0028]段、说明书附图图1-图3、说明书摘要和摘要附图。驳回决定所针对的权利要求书如下：
“1. 一种基于偶次非线性幅度反馈的压控振荡器，包括振荡电路与反馈电路，振荡电路用于产生稳定的振荡信号，反馈电路用于检测振荡信号的振荡幅度；其特征在于：所述振荡电路中不采用电流源，利用NMOS交叉耦合结构提供负阻来补偿LC谐振回路损耗的能量；所述反馈电路利用偶次非线性原理实时地检测振荡信号的振动幅度，并将输出的偏置电压反馈给振荡电路中晶体管的栅极；
所述振荡电路包括差分电感L、电容C、第一变容管Cv1、第二变容管Cv2、第一NMOS管NM1、第二NMOS管NM2、第一电容C1、第二电容C2、第一电阻R1和第二电阻R2，电感L和电容C构成LC谐振回路，第一NMOS管NM1、第二NMOS管NM2、第一电容C1和第二电容C2构成NMOS交叉耦合结构；供电电源接差分电感L的供电端，差分电感L的正端接电容C的正端，差分电感L的负端接电容C的负端；电容C的正端作为振荡电路的第一输出端，电容C的负端作为振荡电路的第二输出端；第一变容管Cv1的正端接电容C的正端，第一变容管Cv1的负端接第二变容管Cv2的正端，第二变容管Cv2的负端接电容C的负端，输入电压Vctr1同时接第一变容管Cv1负端和第二变容管Cv2的正端；第一NMOS管NM1的漏极接第一变容管Cv1的正端，第一NMOS管NM1的栅极接第二电容C2的负端，第一NMOS管NM1的源极接地；第二NMOS管NM2的漏极接第二变容管Cv2的正端，第二NMOS管NM2的栅极接第一电容C1的负端，第二NMOS管NM2的源极接地；第一电容C1的正端接第一变容管Cv1的正端，第二电容C1的正端接第二变容管Cv2的正端；第一电阻R1的正端接第一NMOS管NM1的栅极，第二电阻R2的正端接第二NMOS管NM2的栅极，第一电阻R1的负端和第二电阻R2的负端互相连接并接入偏置电压；
所述反馈电路包括第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第三NMOS管NM3、第四NMOS管NM4和第五NMOS管NM5；第五电阻R5的正端接供电电源，第五电阻R5的负端输出偏置电压；第五电容C5的正端接第五电阻R5的负端，第五电容C5的负端接地；第三NMOS管NM3的漏极接第五电阻R5的负端，第三NMOS管NM3的源极接地，第三NMOS管NM3的栅极接第三电容C3的负端，第三电容C3的正端接振荡电路的第一输出端；第四NMOS管NM4的漏极接第五电阻R5的负端，第四NMOS管NM4的源极接地，第四NMOS管NM4的栅极接第四电容C4的负端，第四电容C4的正端接振荡电路的第二输出端；第三电阻R3的正端接第三NMOS管NM3的栅极，第三电阻R3的负端接 第六电容的C6的正端；第四电阻R4的正端接第四NMOS管NM4的栅极，第四电阻R4的负端接第六电容的C6的正端；第六电容C6的正端接第五NMOS管NM5的栅极，第六电容C6的负端接地；第五NMOS管NM5的漏极接偏置电流源的负端并与自身的栅极相连，第五NMOS管NM5的源极接地；偏置电流源的正端接供电电源。”
申请人（下称复审请求人）对上述驳回决定不服，于2018年08月01日向国家知识产权局提出了复审请求，未对申请文件进行修改。复审请求人认为：（1）对比文件2未隐含公开技术特征“基于偶次非线性幅度反馈的压控振荡器；反馈电路利用偶次非线性原理”。（2）对比文件2未记载晶体管M5始终处于三极管区，也没有提到其栅极如何偏置，不能把晶体管M5直接等效于一个电阻。（3）对比文件2偏置电路中晶体管输入端与输出端通过电阻相连，该电阻所在支路没有到地的通路，因此该电阻上无电流流过，不会产生压降，故通过电阻相连的两端的共模电平相同；本申请反馈回路中晶体管的输入端和输出端之间存在隔直电容C1和C2，具有不同的共模电平，并且偏置电流源和晶体管NM5产生的偏置电压通过电阻耦合到NM3和NM4的栅极，为晶体管提供输入共模电平。
经形式审查合格，国家知识产权局于2018年12月13日依法受理了该复审请求，并将其转送至原审查部门进行前置审查。
原审查部门在前置审查意见书中认为：（1）对比文件2公开了的偏置电路结构与本申请中反馈电路的结构相同，且都是实时地检测LC振荡电路的振幅，并将输出的偏置电压反馈回振荡电路中晶体管的栅极以减小电流同时控制幅度，因此对比文件2偏置电路结构也利用了偶次非线性原理。（2）对比文件2中晶体管M5与本申请电阻R5作用相同，均为负载。（3）本申请先将压控振荡器输出信号中的直流组分通过电容C3、C4滤除，再通过由偏置电流源、晶体管NM5和电阻R3、R4提供新的直流组分给反馈电路晶体管栅极，这属于本领域的惯用手段。对比文件2中的偏置电路将压控振荡器输出信号中的直流组分通过电容滤除后，直接利用电压Vbias提供直流组分，这是本领域的惯用手段。因此对比文件2中产生偏置电压的原理与本申请相同，输入晶体管M3、M4的共模电平不受输出偏置电压的影响。因而坚持原驳回决定。
随后，国家知识产权局成立合议组对本案进行审理。
合议组于2019年09月06日向复审请求人发出复审通知书，指出：权利要求1得不到说明书的支持，不符合专利法第26条第4款的规定。
复审请求人于2019年09月11日、2019年12月30日分别提交了意见陈述书，以及经修改的权利要求书和说明书。复审请求人认为：修改后的权利要求克服了复审通知书指出的缺陷。修改后的权利要求书如下：
“1. 一种基于偶次非线性幅度反馈的压控振荡器，包括振荡电路与反馈电路，振荡电路用于产生稳定的振荡信号，反馈电路用于检测振荡信号的振荡幅度；其特征在于：所述振荡电路中不采用电流源，利用NMOS交叉耦合结构提供负阻来补偿LC谐振回路损耗的能量；所述反馈电路利用偶次非线性原理实时地检测振荡信号的振动幅度，并将输出的偏置电压反馈给振荡电路中晶体管的栅极；
所述振荡电路包括差分电感L、电容C、第一变容管Cv1、第二变容管Cv2、第一NMOS管NM1、第二NMOS管NM2、第一电容C1、第二电容C2、第一电阻R1和第二电阻R2，电感L和电容C构成LC谐振回路，第一NMOS管NM1、第二NMOS管NM2、第一电容C1和第二电容C2构成NMOS交叉耦合结构；供电电源接差分电感L的供电端，差分电感L的正端接电容C的正端，差分电感L的负端接电容C的负端；电容C的正端作为振荡电路的第一输出端，电容C的负端作为振荡电路的第二输出端；第一变容管Cv1的正端接电容C的正端，第一变容管Cv1的负端接第二变容管Cv2的正端，第二变容管Cv2的负端接电容C的负端，输入电压Vctr1同时接第一变容管Cv1负端和第二变容管Cv2的正端；第一NMOS管NM1的漏极接第一变容管Cv1的正端，第一NMOS管NM1的栅极接第二电容C2的正端，第一NMOS管NM1的源极接地；第二NMOS管NM2的漏极接第二变容管Cv2的负端，第二NMOS管NM2的栅极接第一电容C1的负端，第二NMOS管NM2的源极接地；第一电容C1的正端接第一变容管Cv1的正端，第二电容C2的负端接第二变容管Cv2的负端；第一电阻R1的正端接第一NMOS管NM1的栅极，第二电阻R2的正端接第二NMOS管NM2的栅极，第一电阻R1的负端和第二电阻R2的负端互相连接并接入偏置电压；
所述反馈电路包括第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第三NMOS管NM3、第四NMOS管NM4和第五NMOS管NM5；第五电阻R5的正端接供电电源，第五电阻R5的负端输出偏置电压；第五电容C5的正端接第五电阻R5的负端，第五电容C5的负端接地；第三NMOS管NM3的漏极接第五电阻R5的负端，第三NMOS管NM3的源极接地，第三NMOS管NM3的栅极接第三电容C3的负端，第三电容C3的正端接振荡电路的第一输出端；第四NMOS管NM4的漏极接第五电阻R5的负端，第四NMOS管NM4的源极接地，第四NMOS管NM4的栅极接第四电容C4的负端，第四电容C4的正端接振荡电路的第二输出端；第三电阻R3的正端接第三NMOS管NM3的栅极，第三电阻R3的负端接 第六电容的C6的正端；第四电阻R4的正端接第四NMOS管NM4的栅极，第四电阻R4的负端接第六电容的C6的正端；第六电容C6的正端接第五NMOS管NM5的栅极，第六电容C6的负端接地；第五NMOS管NM5的漏极接偏置电流源的负端并与自身的栅极相连，第五NMOS管NM5的源极接地；偏置电流源的正端接供电电源。”
在上述程序的基础上，合议组认为本案事实已经清楚，可以作出审查决定。
二、决定的理由
审查文本的认定
复审请求人分别于2019年09月11日和2019年12月30提交了针对复审通知书的权利要求书、说明书的修改替换文本，经审查，上述修改符合专利法第33条和专利法实施细则第61条第1款的规定。本复审决定所针对的审查文本为：2019年12月30日提交的权利要求第1项、说明书第[0001]-[0028]段，申请日2015年10月28日提交的说明书附图图1-图3、说明书摘要以及摘要附图。
具体理由的阐述
2.1 关于专利法第26条第4款：权利要求书应当以说明书为依据，说明要求专利保护的范围。
如果一项权利要求所要求保护的技术方案是所属技术领域的技术人员能够从说明书充分公开的内容中得到或概括得出的技术方案，并且不超出说明书公开的范围，则该权利要求能够得到说明书的支持。
复审请求人对权利要求书进行修改，将“第一NMOS管NM1的栅极接第二电容C2的负端”修改为“第一NMOS管NM1的栅极接第二电容C2的正端”，“第二NMOS管NM2的漏极接第二变容管Cv2的正端”修改为“第二NMOS管NM2的漏极接第二变容管Cv2的负端”，“第二电容C1的正端接第二变容管Cv2的正端”修改为“第二电容C2的负端接第二变容管Cv2的负端”，修改后的权利要求与说明书附图1记载的内容相一致，能够得到说明书的支持，符合专利法第26条第4款的规定。
2.2 关于专利法第22条第3款：创造性，是指与现有技术相比，该发明具有突出的实质性特点和显著的进步，该实用新型具有实质性特点和进步。
一项发明专利申请的权利要求相对于最接近的现有技术存在区别特征，如果一部分区别特征既未被其它对比文件公开，且也不属于本领域的公知常识，同时该区别技术特征的存在使得该权利要求所请求保护的技术方案产生了有益的技术效果，则该权利要求相对于上述对比文件和本领域公知常识的结合是非显而易见的，具有突出的实质性特点和显著的进步，具备创造性。
本复审决定所引用的对比文件与驳回决定所引用的对比文件相同，即： 对比文件1：“Class-C VCO With Amplitude Feedback Loop for Robust Start-Up and Enhanced Oscillation Swing”，Wei Deng 等，《IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS》，第48卷，第2期，第429-440页，公开日为2013年2月28日；
对比文件2：“A 950μW5.5-GHz Low Voltage PLL with Digitally-Calibrated ILFD and Linearized Varactor”，Sho Ikeda 等，《Asia and South Pacific Design Automation Conference》，第23-24页，公开日为2014年12月31日。 权利要求1请求保护一种基于偶次非线性幅度反馈的压控振荡器，对比文件1（“Class-C VCO With Amplitude Feedback Loop for Robust Start-Up and Enhanced Oscillation Swing”，Wei Deng 等，《IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS》，第48卷，第2期，第429-440页，2013年2月28日）公开了一种具有反馈回路的压控振荡器，并具体公开了如下技术特征（参见第429-431页）：包括振荡电路与反馈电路（具体参见图3），振荡电路用于产生稳定的振荡信号，利用NMOS交叉耦合结构提供负阻来补偿LC谐振回路损耗的能量，反馈电路用于对振荡电路的输出进行峰值检测，并将输出的偏置电压反馈给振荡电路中晶体管的栅极；所述振荡电路包括差分电感L、电容C、第一变容管Cvar1、第二变容管Cvar2、第一NMOS管M3、第二NMOS管M4、第一电容C3、第二电容C4、第一电阻R2和第二电阻R1，电感L和电容C构成LC谐振回路，第一NMOS管M3、第二NMOS管M4、第一电容C3和第二电容C4构成NMOS交叉耦合结构；供电电源VDD接差分电感L的供电端，差分电感L的正端接电容C的正端，差分电感L的负端接电容C的负端；电容C的正端作为振荡电路的第一输出端，电容C的负端作为振荡电路的第二输出端；第一变容管Cvar1的正端接电容C的正端，第一变容管Cvar1的负端接第二变容管Cvar2的正端，第二变容管Cvar2的负端接电容C的负端；第一NMOS管M3的漏极接第一变容管Cvar1的正端，第一NMOS管M3的栅极接第二电容C4的正端，第一NMOS管M3的源极接地；第二NMOS管M4的漏极接第二变容管Cvar2的负端，第二NMOS管M4的栅极接第一电容C3的负端，第二NMOS管M4的源极接地；第一电容C3的正端接第一变容管Cvar1的正端，第二电容C4的负端接第二变容管Cvar2的负端；第一电阻R2的正端接第一NMOS管M3的栅极，第二电阻R1的正端接第二NMOS管M4的栅极，第一电阻R2的负端和第二电阻R1的负端互相连接并接入偏置电压Vgbias；反馈电路包括第三NMOS管M2和第四NMOS管M1，其源极输出Vc经隔离、放大后得到偏置电压Vgbias，反馈给振荡电路中第一NMOS管M3、第二NOMS管M4的栅极。
权利要求1与对比文件1的区别技术特征在于：振荡电路中输入电压Vctr1同时接第一变容管Cv1负端和第二变容管Cv2的正端；振荡电路中不采用电流源；反馈电路利用偶次非线性原理实时地检测振荡信号的振动幅度，以及反馈电路的具体电路结构。基于上述区别技术特征所能取得的技术效果可以确定，权利要求1实际所要解决的技术问题是：降低电路功耗，改善振荡器的相位噪声且提高反馈电路性能。
对比文件2公开了一种低压高线性度的VCO，并具体公开了如下技术特征（参见第23-24页）：包括LC振荡电路和偏置电路（相当于本申请的反馈电路），该振荡电路不包括电流源（即所述振荡电路中不采用电流源），两个可变电容管串联，输入电压Vtune同时接入两个可变电容管的串接点（相当于输入电压Vctr1同时接第一变容管Cv1负端和第二变容管Cv2的正端）。如下图所示：
偏置电路包括NMOS管M3、M4（相当于第三NMOS管NM3、第四NMOS管NM4）、电容C3、以及作为负载使用的晶体管M5，晶体管M5的源极接供电电源，栅极接地，漏极输出偏置电压Vctrl；电容C3（相当于第五电容C5）的正端接晶体管M5的漏极，即偏置电压Vctrl，电容C3的负极接地（相当于第五电容C5的正端接第五电阻R5的负端，第五电容C5的负端接地）；NMOS管M3的漏极接M5的漏极，即偏置电压Vctrl，源极接地（相当于第三NMOS管NM3的漏极接第五电阻R5的负端，第三NMOS管NM3的源极接地），M3的栅极接电容C1的负端，电容C1的正端接振荡电路的正输出端Vout；NMOS管M4的漏极接M5的漏极，即偏置电压Vctrl，源极接地（相当于第四NMOS管NM4的漏极接第五电阻R5的负端，第四NMOS管NM4的源极接地），M4的栅极接电容C2的负端，电容C2的正端接振荡电路的负输出端Voutb。可见，对比文件2公开的偏置电路结构与本申请反馈电路结构类似，同样是对振荡电路的输出振幅进行实时检测，并将偏置电路的NMOS晶体管的漏极输出短接，消除奇次谐波，抵消非线性项，保留偶次谐波，从而节省了由于非线性项带来的功耗，即对比文件2公开的偏置电路也利用了偶次非线性原理实时地检测振荡信号的振动幅度。
但是，对比文件1、2均未公开本申请反馈电路的如下区别技术特征：（1）本申请采用第五电阻作为负载，对比文件2采用晶体管M5作为负载；（2）本申请振荡电路的输出信号分别通过不同于第一电容C1、第二电容C2的第三电容C3、第四电容C4滤波后与反馈电路中晶体管NM3和NM4的栅极相连，对比文件2振荡电路的输出信号通过第一电容C1、第二电容C2滤波后与偏置电路中晶体管M3和M4的栅极相连；（3）本申请反馈电路还包括偏置电流源、第五NMOS管NM5、第三电阻R3、第四电阻R4以及第六电容C6，以及相关的连接关系。
对于上述区别技术特征（1），晶体管在对比文件2中的作用与本申请第五电阻R5的作用相同，都是作为上拉电阻来使用，对偏置电压没有影响；晶体管的阻值可变，在本领域是公知常识，将其替换为无源电阻是本领域的惯用手段，其带来的技术效果也是可以预期的。
对于上述区别技术特征（2），本申请和对比文件2中振荡电路的输出信号均是经过电容隔直滤波后与反馈电路的晶体管NM3、NM4栅极相连，不同在于本申请单独设置了第三电容C3和第四电容C4，而对比文件2则与振荡电路共用了第一电容C1和第二电容C2，无论是共用电容还是单独设置电容，提供给反馈电路晶体管NM3、NM4栅极的振荡电路输出信号均是相同的，即经过隔直滤波后的交流分量，本领域技术人员可以根据实际需要，比如为节省器件则共用电容，为提高性能则单设电容而进行设计，是本领域的常规设计，属于公知常识。
对于上述区别技术特征（3），其既没有被对比文件1、2公开，也不属于本领域的公知常识，且偏置电流源经由第五NMOS管NM5后，经第六电容C滤波后，分别经第三电阻R3、第四电阻R4提供给反馈电路的晶体管NM3和NM4，为晶体管NM3和NM4的栅极提供直流偏置，则晶体管NM3和NM4的栅极驱动包括两部分：振荡电路输出信号经第三电容C3、第四电容C4隔直滤波后的交流分量，以及偏置电流源提供的直流分量，从而能够使得晶体管NM3和NM4导通得更彻底，且通过改变偏置电流大小还能进一步控制反馈电路的功耗。因此，上述区别技术特征（3）能够起到提高反馈电路的性能的作用，达到控制反馈电路功耗的技术效果。
因此，在对比文件1的基础上结合对比文件2以及本领域的公知常识得到权利要求1的技术方案对本领域技术人员来说是非显而易见的，权利要求1所要求保护的技术方案具备突出的实质性特点和显著的进步，具备专利法第22 条第3 款规定的创造性。
针对驳回决定和前置审查意见的相关评述
首先，本申请反馈电路包括的如下技术特征：偏置电流源、第五NMOS管NM5、第三电阻R3、第四电阻R4以及第六电容C6，以及相关的连接关系既未被对比文件1、2公开，也没有证据证明其属于本领域的公知常识。
其次，上述偏置电流源为反馈电路晶体管NM3和NM4的栅极提供了直流偏置分量，从而晶体管NM3和NM4的栅极驱动包括两部分：来自振荡电路输出信号隔直滤波后的交流分量和偏置电流源提供的直流分量，使得反馈电路晶体管NM3和NM4获得更彻底的导通，提高了反馈电路的性能。
再者，对比文件2中压控振荡器输出信号中的直流组分通过电容C1、C2滤除后直接提供给偏置电路的晶体管M3和M4，并未利用电压Vbias提供直流组分给偏置电路的晶体管M3和M4。
因此，在对比文件1的基础上结合对比文件2以及本领域的公知常识得到权利要求1的技术方案对本领域技术人员来说是非显而易见的，权利要求1具备创造性。
至于本申请是否还存在其它不符合专利法及专利法实施细则的缺陷，留待原审查部门继续审查。
综上，合议组依法作出以下决定。
三、决定
撤销国家知识产权局于2018年05月21日对本申请作出的驳回决定。由国家知识产权局原审查部门在2019年12月30日提交的权利要求第1项、说明书第[0001]-[0028]段，申请日2015年10月28日提交的说明书附图图1-图3、说明书摘要以及摘要附图的基础上对本申请继续进行审查。
如对本复审请求审查决定不服，根据专利法第41条第2款的规定，复审请求人可以自收到本决定之日起三个月内向北京知识产权法院起诉。
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