[發(fā)明專利]一種具有寬鎖定范圍的次諧波注入鎖定壓控振蕩器

無效

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• 申請日: 2011-07-25
• 公開（公告）號(hào): CN102332915A
• 公開（公告）日: 2012-01-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李巍;廉琛;張楷晨;李寧;任俊彥
• 申請（專利權(quán)）人: 復(fù)旦大學(xué)
• 主分類號(hào): H03L7/183
• 分類號(hào): H03L7/183
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于射頻無線接收機(jī)集成電路技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用于無線接收機(jī)頻率綜合器中的寬鎖定范圍的次諧波注入鎖定壓控振蕩器。

背景技術(shù)

在很多如高性能模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）、數(shù)據(jù)通信和射頻接收/發(fā)射器等應(yīng)用中往往需要低相位噪聲(Phase?Noise)和低相位抖動(dòng)的穩(wěn)定時(shí)鐘。一般情況下，該時(shí)鐘電路往往采用鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)(PLL)。在傳統(tǒng)PLL結(jié)構(gòu)中，帶內(nèi)相噪主要是由參考時(shí)鐘、鑒頻鑒相器(PFD)和電荷泵(Charge?Pump)決定的，而帶外相噪主要是由壓控振蕩器(VCO)決定的。為了得到最優(yōu)的輸出相噪，可以通過選擇合適的環(huán)路帶寬來實(shí)現(xiàn)。但是，很多通信標(biāo)準(zhǔn)對環(huán)路帶寬是有限制的，而且為了保證環(huán)路的穩(wěn)定性環(huán)路帶寬不能太大。因此，僅僅通過選擇環(huán)路帶寬來優(yōu)化PLL整體的噪聲性能不適用于高頻應(yīng)用。

對于一個(gè)次諧波注入鎖定VCO來說，在鎖定范圍的相噪滿足如下關(guān)系：

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其中為注入信號(hào)的相噪，N為VCO輸出信號(hào)和注入信號(hào)的頻率比。利用次諧波注入鎖定技術(shù)的這一特性，可以降低PLL輸出信號(hào)的時(shí)鐘抖動(dòng)(jitter)。但是次諧波注入鎖定的鎖定范圍很窄，芯片制造過程中的工藝偏差和溫度偏差嚴(yán)重影響注入鎖定VCO工作的穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種具有寬鎖定范圍的次諧波注入鎖定壓控振蕩器。

本發(fā)明提供的壓控振蕩器，主要包括如下結(jié)構(gòu)：

（1）一個(gè)片上電感電容（LC）諧振器；

（2）一個(gè)由第一晶體管M1和第二晶體管M2交叉耦合連接而成的負(fù)阻產(chǎn)生器；?

（3）用來對振蕩頻率進(jìn)行粗調(diào)諧的數(shù)字控制電容陣列(DCCA)；?

（4）用來對振蕩頻率進(jìn)行細(xì)調(diào)諧的具有線性化特性的可變電容陣列（VA）；

（5）由第三晶體管M3和第四晶體管M4組成的注入對管；

（6）脈沖產(chǎn)生電路（Pulse?Generator）。

其中，第一晶體管M1的柵極和漏極分別接壓控振蕩器的輸出端VP和VN，第二晶體管M2的柵極和漏極分別接壓控振蕩器的輸出端VN和VP。第一晶體管M1和第二晶體管M2的源極共同接到第一電流鏡I1的漏極。第三晶體管M3的漏極接壓控振蕩器的輸出端VP，第四晶體管M4的漏極接壓控振蕩器的輸出端VN，?第四晶體管M4和第三晶體管M3的源極共同連接到第二電流鏡I2的漏極。第一偏置電阻RB1的一端接直流電平VB，另一端接晶體管M4的柵極。第二偏置電阻RB2的一端接直流電平VB，另一端接第三晶體管M3的柵極。參考信號(hào)經(jīng)過脈沖產(chǎn)生電路得到的脈沖信號(hào)，先通過隔直電容CB，再輸入到第四晶體管M4的柵極。用來對頻率進(jìn)行粗調(diào)諧的數(shù)字控制電容陣列（DCCA）的兩端分別接壓控振蕩器的輸出端VP和VN。具有線性化特性的可變電容陣列（VA）的兩端分別接壓控振蕩器的輸出端VP和VN。?

本發(fā)明中，脈沖產(chǎn)生電路的輸出通過注入對管注入到壓控振蕩器中。如果注入鎖定能夠發(fā)生，那么在鎖定范圍內(nèi)VCO的相噪滿足如下關(guān)系：，其中為注入信號(hào)的相噪，N為VCO輸出信號(hào)和注入信號(hào)的頻率的比值。

本發(fā)明中，通過數(shù)字控制電容陣列實(shí)現(xiàn)較寬頻率范圍的覆蓋，并能夠通過數(shù)字控制字選擇不同的調(diào)諧曲線。?

本發(fā)明中，數(shù)字控制電容陣列(DCCA)可由三組偏置在不同電壓下累積型MOS電容并聯(lián)組成（見圖3），可提高調(diào)諧曲線的線性度，減少AM-FM調(diào)制和1/f噪聲的上變頻，增加調(diào)諧曲線的可用范圍。

本發(fā)明中，通過采用單端注入的方式實(shí)現(xiàn)偶次次諧波注入。

本發(fā)明中，脈沖產(chǎn)生電路采用兩級(jí)級(jí)聯(lián)的方式（見圖4），在一個(gè)參考時(shí)鐘周期內(nèi)得到四個(gè)脈寬等于VCO輸出信號(hào)半個(gè)周期的脈沖，簡稱為四沿注入。這種注入方法可以增大注入信號(hào)目標(biāo)諧波的幅度和鎖定范圍。

本發(fā)明中，脈沖產(chǎn)生電路中的延遲單元采用電容并聯(lián)的延遲結(jié)構(gòu)（圖6），延遲時(shí)間隨著控制電壓的升高而增加。

本發(fā)明的主要改進(jìn)在于，采用兩級(jí)脈沖產(chǎn)生電路級(jí)聯(lián)的方式，實(shí)現(xiàn)四沿注入。增加了注入信號(hào)目標(biāo)諧波的幅度，相應(yīng)地增加了鎖定范圍，提高了注入鎖定壓控振蕩器工作的穩(wěn)定性。本發(fā)明的次諧波注入鎖定壓控振蕩器可以有效的降低鎖相環(huán)輸出信號(hào)的相位抖動(dòng)(jitter)，可應(yīng)用于無線接收機(jī)頻率綜合器中。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的具有寬鎖定范圍的壓控振蕩器的結(jié)構(gòu)圖示。

圖2為具有線性化功能的可變電容陣列（VA）圖示。

圖3數(shù)字控制電容陣列（DCCA）的單元結(jié)構(gòu)圖示。