[發明專利]一種低調諧增益變化的壓控振蕩器

無效

• 申請號: 200810032557.8
• 申請日: 2008-01-11
• 公開（公告）號: CN101483434A
• 公開（公告）日: 2009-07-15
• 發明（設計）人: 袁路;盧磊;唐長文;廖友春
• 申請（專利權）人: 上海銳協微電子科技有限公司
• 主分類號: H03L7/099
• 分類號: H03L7/099;H03B5/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種低調諧增益變化的電感電容壓控振蕩器電路，尤其涉及一種采用開關可變電容陣列的低調諧增益變化的壓控振蕩器，屬于射頻集成電路技術領域。

背景技術

隨著集成電路技術的持續迅速發展，采用CMOS工藝的射頻(RF)集成電路研究得到了廣泛關注。同時，無線通信技術的發展也推動了低成本、低功耗的無線收發機的研究。隨著無線通訊網絡的發展，越來越多的射頻電路要求收發機能夠覆蓋更寬的頻率范圍，近十年中出現了大量關于寬帶電感電容壓控振蕩器設計的技術。

調諧增益(tuning?gain)是衡量壓控振蕩器性能的一個重要參數，其大小不僅決定了壓控振蕩器的頻率范圍，還直接影響著鎖相環環路噪聲傳遞函數。壓控振蕩器的調諧增益在鎖相環的傳遞函數中起著重要作用，一個典型的頻率綜合器的開環傳遞函數與調諧增益成正比。壓控振蕩器的調諧增益直接反映了該壓控振蕩器輸出頻率對壓控電壓的敏感程度。調諧增益越大，壓控電壓上相同幅度的電壓噪聲引起的頻率變化也越大，鎖相環環路對噪聲越敏感，相位噪聲性能就會越差。而調諧增益的變化會直接引起鎖相環環路帶寬以及相位噪聲性能的變化，甚至會造成環路不穩定。所以，為了確保鎖相環的性能穩定，壓控振蕩器的調諧增益需要盡量低，同時變化要盡量小。

對于傳統的寬帶壓控振蕩器，壓控可變電容的變化范圍不變，可以推出：當壓控振蕩器輸出頻率變化時，總諧振電容值也會變化，極大地影響了調諧增益使之波動。輸出頻率越高，調諧增益越高。

圖1是采用二進制權重開關電容陣列的寬帶電感電容壓控振蕩器。Mp1，Mp2與Mn1，Mn2管充當交叉耦合管，補充振蕩中的能量損耗。壓控電壓V_tune控制一個固定調諧范圍的可變電容。通過數字控制電壓(B0，B1，B2……)可以人為控制開關電容陣列改變諧振點P1，P2之間的諧振電容，使其在不同頻帶之間切換，利用二進制權重的電容陣列可以保證覆蓋所需要的頻率，且結構簡單。

這種電路結構通過采用開關電容陣列，將整個頻帶范圍劃分成幾個子頻帶，每個子頻帶只覆蓋部分頻率范圍，從而能夠使壓控振蕩器覆蓋寬頻帶同時保持較低的調諧增益。但這種電路結構的缺點主要在于：劃分子頻帶不能改變壓控振蕩器調諧增益會隨振蕩頻帶不同而變化的情況。當頻率范圍加寬時，調諧增益的波動會大到無法忽視的地步，進而影響整個鎖相環的性能。

發明內容

為了解決上述調諧增益變化大的問題，本發明提出一種低調諧增益變化的電感電容壓控振蕩器電路結構。采用增加開關可變電容陣列來調節壓控可變電容變化范圍，使得振蕩頻率對調諧增益的影響得到抵消。調諧增益的變化得以降低，使得寬帶壓控振蕩器能夠擁有低且穩定的調諧增益，同時不會增加額外的功耗，相位噪聲也不會惡化。該方法同時適用于窄帶和寬帶射頻系統。

一種低調諧增益變化的壓控振蕩器，包括，一個并聯的電感電容諧振電路，電感和電容的兩端分別連接至壓控振蕩器的兩個振蕩輸出端；兩對交叉耦合連接的晶體管，一對為N型，一對為P型，其源端連接在一起，漏端分別直接連接至壓控振蕩器的兩個振蕩輸出端，其柵極分別連接至與其漏端連接相異的壓控振蕩器輸出端，作為提供能量的負阻電路；還包括：

一個壓控可變電容，其電容的大小可以由輸入控制電壓作一定改變，電容兩端分別連接至壓控振蕩器的兩個振蕩輸出端；

一個開關電容陣列，由n組電容與開關并聯組成電容陣列，每一組串連的電容和開關為一個電容子單元，由數字信號控制，電容陣列兩端分別連接至壓控振蕩器的兩個振蕩輸出端；

一個開關可變電容陣列，由n組可變電容與開關并聯組成可變電容陣列，每一組串連的電容和開關為一個可變電容子單元，由數字信號和輸入壓控電壓控制，電容陣列兩端分別連接至壓控振蕩器的兩個振蕩輸出端；

開關電容陣列單元開關電容的大小比例為α₁C_a:α₂C_a:α₃C_a...:α_nC_a，可變電容子單元的大小比例為β₁C_v:β₂C_v:β₃C_v...:β_nC_v，開關電容陣列每個電容子單元與開關可變電容陣列每個可變電容子單元的比值滿足關系式(1)時，各子頻帶的調諧增益相等。