[發明專利]基于電流復用的低功耗正交LC壓控振蕩器

有效

• 申請號: 201110140939.4
• 申請日: 2011-05-28
• 公開（公告）號: CN102170289A
• 公開（公告）日: 2011-08-31
• 發明（設計）人: 莊奕琪;李振榮;譚雅雯;靳剛;湯華蓮;李聰;曾志斌
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H03L7/099
• 分類號: H03L7/099
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

技術領域

本發明屬于集成電路設計技術領域，涉及低功耗正交LC壓控振蕩器，尤其是涉及了一種電流復用模式的新型LC壓控振蕩器，可用于射頻前端接收機系統頻率綜合器中。

背景技術

隨著社會的不斷發展，科學技術日新月異，特別是現代無線通訊技術極大的改變了人類的生活方式。隨著手持無線通訊設備，如GPS定位系統、手機的普及，無線通訊設備由單模塊、分立器件向著小型化、低功耗、低成本、高集成度方向發展。而在幾乎所有的無線通訊設備中，壓控振蕩器都是必不可少的。壓控振蕩器一般應用于頻率綜合器中，是射頻接收、發送裝置中的關鍵模塊。

目前壓控振蕩器結構一般分為環形振蕩器和LC壓控振蕩器。環形振蕩器，存在相位噪聲性能較差，功耗高，輸出振蕩頻率雜散大、頻率純度低的缺點，使得它不可能被用在性能要求很高的場合。LC壓控振蕩器，具有相位噪聲性能好，輸出振蕩頻率雜散小、頻率純度高，功耗較小等優點，使得其經常被用在性能要求比較苛刻的場合。因此，在射頻前端接收機的設計中，通常采用LC壓控振蕩器結構。作為頻率綜合器的關鍵模塊，LC壓控振蕩器的功耗與噪聲水平直接決定頻率綜合器鎖相環電路的功耗和噪聲的性能，因此應用標準CMOS工藝設計生產高性能的LC壓控振蕩器，已經是射頻集成電路中的一個重要課題。

LC壓控振蕩器利用電感、電容組成的諧振網絡進行選頻。該諧振網絡中并聯的電感、電容按照下面的公式決定壓控振蕩器的振蕩頻率：

fo=12πLC]]>

由上式可以發現，通過改變電感、電容的取值便可改變壓控振蕩器的振蕩頻率。目前的主流技術是通過改變電容的容值進行頻率調諧，且電容的品質因子較高，接入的電容對整體電路品質因子的影響遠小于電感接入引起的效果。因此LC壓控振蕩器一般通過可變電容來實現電容值的連續變化從而實現調諧頻率的連續變化，得到理想可變電容的電容-電壓特性十分必要的。

由于半導體制造工藝技術的不斷進步，使得無線通訊設備向著小型化、低功耗、低成本、高集成度方向發展，盡管相對于環形振蕩器，LC壓控振蕩器相噪和功耗性能已得到極大改善，但隨著器件特征尺寸的不斷縮小，射頻接收機對LC壓控振蕩器的功能要求也隨之提高，傳統的LC壓控振蕩器已經很難滿足目前RF接收機對其性能的要求。因此對于RF接收機系統的設計而言，LC壓控振蕩器的設計仍為其主要瓶頸和挑戰。這類挑戰中主要包括降低相位噪聲和功率消耗，提高調諧線性度等。在相噪性能方面，主流技術采用正交LC壓控振蕩器，已基本可以滿足相噪性能的要求。在目前的正交LC壓控振蕩器中，對于每個振蕩回路，電源都必須提供一專用的電流通路以保證振蕩器的正常工作，這樣做的結果使得電路功耗比較大，而隨著集成電路對低功耗性能的要求越來越高，未經改善的正交LC壓控振蕩器設計已不能滿足RF接收機系統對低功耗的要求，從而使低功耗成為正交LC壓控振蕩器設計的難點之一。為了滿足RF收發機對正交LC壓控振蕩器低功耗方面的要求，各種低功耗正交LC壓控振蕩器結構被提出，但是在這些低功耗結構中，大多以犧牲其他指標如相噪或電路復雜度來獲得功耗性能的改善，相關文獻如《Muer?B?D，hoh?N?Borremans，et?a1.A?1.8GHz?highly-tunable?low-phase-noise?CMOS?VCO.IEEE?Custom?Integrated?Circults?Conference，2000；J.Bhattacharjee，D.Mukherjee，E.Gebara，S.Nuttinck?and?J.Laskar，“A5.8GHz?fully?integrated?low?power?low?phase?noise?CMOS?LC?VCO?for?WLAN?applications，”in?Proc.IEEE?Int.Sym.on?PFIC，Jun.2002》中，雖然文獻中提出的正交LC壓控振蕩器的功耗性能得到了改善，但是電路復雜度比原來明顯提高，相噪性能明顯惡化。因此在功耗指標愈發重要的今天，尋求相位噪聲與功耗之間的優化，在提高振蕩器性能的同時盡可能的降低功耗變得逐漸必要。

發明內容