[發明專利]一種基于注入鎖定倍頻器的低相噪正交壓控振蕩器

有效

• 申請號: 201110220636.3
• 申請日: 2011-08-03
• 公開（公告）號: CN102355258A
• 公開（公告）日: 2012-02-15
• 發明（設計）人: 李巍;廉琛;張楷晨;李寧;任俊彥
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H03L7/099
• 分類號: H03L7/099;H03B5/14
• 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

技術領域

本發明屬于射頻無線接收機集成電路技術領域，具體涉及一種應用于無線接收機頻率綜合器的低相噪正交壓控振蕩器（Quadrature?Voltage-Controlled?Oscillator,?QVCO）。

背景技術

隨著無線通信技術的發展，零中頻和低中頻射頻無線接收機得到了廣泛的應用。而這兩種接收機結構需要正交信號來實現鏡像抑制和解調。產生正交信號的方法一般有以下幾種：

（1）RC相移網絡：首先設計一個差分壓控振蕩器，然后將壓控振蕩器的輸出送到RC相移網絡中實現正交信號輸出。這種方法的得到的信號的正交性比較差，而且功耗比較大。

（2）2分頻器：首先設計一個工作在兩倍頻的壓控振蕩器，然后將輸出信號送到分別送到兩個2分頻器中，得到正交信號。這種方法消耗的功耗很大，而且輸出信號相位誤差也比較大，再加上需要設計一個高頻的壓控振蕩器，設計難度高。

（3）晶體管耦合：采用耦合管將兩個差分信號進行耦合。結構簡單，但是正交耦合管會引入額外的噪聲，相位噪聲和相位精度之間存在折衷。

（4）變壓器耦合：采用變壓器耦合的方法，使得兩差分壓控振蕩器的二次諧波存在一個180°的相移，實現正交信號輸出。相位噪聲低，正交性好，但是變壓器需要占用很多面積。

綜上所述，正交壓控振蕩器的設計主要是在相位噪聲、相位精度、面積和功耗這四個量之間進行折衷。?

發明內容

本發明的目的在于提供一種可保證高相位精度的前提下實現低相位噪聲輸出的正交壓控振蕩器。

本發明提供的壓控振蕩器，是一種基于注入鎖定倍頻器的低相噪正交壓控振蕩器，它由兩個工作在基頻f₀的差分壓控振蕩器（VCO1、VCO2）和一個注入鎖定倍頻器構成。其中，注入鎖定倍頻器又包括兩對耦合管（M5-M6、M7-M8）和一個工作在兩倍頻2f₀的差分壓控振蕩器（VCO3）。第一差分壓控振蕩器（VCO1）的負阻產生器由2個NMOS管（M1和M2）交叉耦合連接組成，第二差分壓控振蕩器（VCO2）的負阻產生器由2個NMOS管（M3和M4）交叉耦合連接組成，第三差分壓控振蕩器（VCO3）的負阻產生器由2個NMOS管（M9和M10）交叉耦合連接組成；兩對耦合管（M5-M6、M7-M8）由NMOS管構成，其中第一對耦合管（M5-M6）的柵極接第二差分壓控振蕩器（VCO2）的輸出，漏極接到第三差分壓控振蕩器（VCO3）的輸出端DP，源極接2個NMOS管（M1和M2）的共源極；第二對耦合管（M7-M8）的柵極接第一差分壓控振蕩器（VCO1）的輸出，漏極接到第三差分壓控振蕩器（VCO3）的輸出端DN，源極接另2個NMOS管（M3和M4）的共源極。?

在該結構中，耦合管一方面保證兩個頻率為f₀的壓控振蕩器頻率相等，同時實現一個相位誤差比較大的正交信號；另一方面又可以作為倍頻器得到兩個基頻壓控振蕩器的輸出信號的二次諧波。將兩個倍頻器得到的二次諧波注入到二倍頻壓控振蕩器中，通過調整該二倍頻壓控振蕩器的諧振頻率，保證注入鎖定能夠實現。最終，倍頻器的輸出信號的相位是固定的，而且相差穩定保持在180°。這樣就可以保證基頻壓控振蕩器的輸出是正交的。

本發明的正交壓控振蕩器中所包含的差分壓控振蕩器的基本結構是相同的，都包括：

（1）一個片上電感電容（LC）諧振器；

（2）用來對振蕩頻率進行調諧的片上可變電容；

（3）由2個NMOS管交叉耦合連接而成的負阻產生器；

（4）用來給壓控振蕩器提供偏置電流的尾電流源。

本發明的正交壓控振蕩器，可以通過改變可變電容的容值，調節工作在基頻的壓控振蕩器的輸出頻率。

本發明的正交壓控振蕩器，可以通過改變可變電容的容值，調節工作在兩倍頻的壓控振蕩器的輸出頻率和正交壓控振蕩器輸出信號的正交性。?

本發明的正交壓控振蕩器，在實現低相噪壓控振蕩器的同時還可以實現倍頻器的功能。

本發明的突出改進主要在于正交壓控振蕩器采用新的正交實現方式，其中相位噪聲是由工作在基頻的差分壓控振蕩器決定的，而相位精度是由注入鎖定倍頻器決定的。相位噪聲和相位精度之間不存在折衷關系，可以在保證高相位精度下，實現低相位噪聲輸出。由于本發明的正交壓控振蕩器需要額外的一個高頻的壓控振蕩器，功耗和面積上會比傳統的用晶體管耦合的正交壓控振蕩器略大一些。

附圖說明

圖1?傳統結構的正交壓控振蕩器。