[發(fā)明專利]一種基于源極退化電容的寬鎖定范圍電流模鎖存分頻器

有效

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• 申請日: 2012-09-20
• 公開（公告）號: CN103684424B
• 公開（公告）日: 2017-03-01
• 發(fā)明（設計）人: 李巍;周涵超;牛楊楊;李寧;任俊彥
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H03K23/42
• 分類號: H03K23/42
• 代理公司: 上海元一成知識產權代理事務所(普通合伙)31268
• 代理人: 吳桂琴

技術領域

本發(fā)明屬于射頻無線接收機集成電路技術領域，具體涉及應用于無線接收機頻率綜合器中的寬帶電流模鎖存分頻器。尤其是一種基于源極退化電容的寬鎖定范圍電流模鎖存分頻器，其可用于無線廣播、通信和全球定位等技術標準的射頻信號接收機芯片。

背景技術

隨著技術的不斷發(fā)展，人們對無線廣播、通信和全球定位等方面的要求越來越高。因此，能夠支持多種模式標準的無線接收機以及未來的軟件定義無線電和認知無線電將是未來無線電發(fā)展的一個重要趨勢，并且更高的傳輸速率和更大的信號帶寬也是未來無線電發(fā)展的一個重要方向

通常寬帶頻率綜合器設計中，分頻器的工作頻率與其自激振蕩頻率密切相關，分頻器的自激振蕩頻率越高，則其能工作的頻率也越高，而傳統(tǒng)的電阻負載電流模鎖存分頻器由于自身結構中RC常數(shù)的限制，自激振蕩頻率很難做得很高，因此工作頻率上限較低，且在高速工作時需要消耗大量的功耗。因而尤其是需要實現(xiàn)高頻載波輸出的情況下，一般需要采用基于電感的注入鎖定分頻器，這一類分頻器可以工作在載波頻率的二分之一附近，但是鎖定范圍十分有限，很難設計出適用于高頻寬帶的頻率綜合器的分頻器電路，而且在實現(xiàn)正交信號上存在困難。并且由于高頻除法器需要使用電感，這種架構的頻率綜合器在高頻段需要耗費較大的面積。

另一方面，為了得到通訊協(xié)議所要求的載波信號，多模寬帶頻率綜合器通常會使用單邊帶混頻器來進行上變頻操作，使用除法器進行分頻，或者使用倍頻器進行倍頻操作。并用正交壓控振蕩器或者多相濾波器來提供正交信號。

綜上所述，為了實現(xiàn)多種通訊模式中所需要的載波輸出，未來的多模寬帶頻率綜合器需要一個寬工作范圍、能對壓控振蕩器進行分頻并且能給單邊帶混頻器提供正交信號的高性能電流模鎖存分頻器。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種寬頻率范圍的高性能電流模鎖存分頻器，尤其涉及一種基于源極退化電容的寬鎖定范圍電流模鎖存分頻器。

本發(fā)明提供一種應用于無線接收機集成電路中的高頻高速電流模鎖存分頻器（Current-mode?Latched?Frequency?Divider,CML-FD）的設計，其中，通過在分頻器的交差耦合管源極引入電容陣列提高分頻器的工作頻率；通過改變負載MOS管的柵極電壓大小，實現(xiàn)分頻器的負載變化，實現(xiàn)較高速以及較寬的工作頻率范圍。

本發(fā)明還提供了一種具有寬調諧范圍的，能產生正交信號的電流模鎖存分頻器的實現(xiàn)方式，上述實現(xiàn)方式包括兩個電流模鎖存器，同時這兩個鎖存器存在相互耦合的關系；當需要寬調諧范圍時，不同的控制電壓可以使得分頻器覆蓋一個非常寬的工作范圍；另一方面，分頻器通過晶體管耦合的方式來產生正交信號；這兩個相互耦合的電流模鎖存器具有如下相同的結構：

（1）一對柵極偏壓可變的PMOS負載管；

（2）一個用來對自諧振頻率進行調諧的可變電容陣列；

（3）一個由2個NMOS管交叉耦合連接而成的負阻產生器；

（4）一對電平驅動管，用于與另一鎖存器的輸出耦合，產生正交信號；

（5）用來給有源器件提供偏置電流，且電流值可變的偏置電流源陣列；

同時，可以根據(jù)不同的需要來控制電流源陣列，當工作在較低頻率的時候，關掉部分電流源，以節(jié)省功耗。

更具體的，本發(fā)明的基于源極退化電容的寬鎖定范圍電流模鎖存分頻器，其特征在于，其由兩個相同結構的鎖存器構成，每一個鎖存器均包括：

（1）兩個由PMOS管構成的可變負載；

（2）一個用來對分頻器自諧振頻率進行調諧的可變電容陣列；

（3）一個由2個NMOS管交叉耦合連接而成的負阻產生器；

（4）兩個用來改變鎖存器動態(tài)電平的驅動管；

（5）三個由外部差分時鐘信號來驅動的開關管；

（6）用來給有源器件提供偏置電流，且電流值可變的偏置電流源陣列；

本發(fā)明中，電流模鎖存分頻器能根據(jù)外部的控制信號調整PMOS的柵極偏壓而工作在不同的頻率范圍。

本發(fā)明中，電流模鎖存分頻器通過控制可變電容陣列對分頻器的自諧振范圍進行仔細的控制，能讓分頻器的輸入敏感曲線在不同的控制電壓下保證一定的交疊，從而實現(xiàn)較大范圍的分頻。

本發(fā)明中，電流模鎖存分頻器具有線性化功能的可變電容陣列由偏置在三個偏置點的累積型MOS電容組成，偏置均由大阻值電阻進行隔離。

本發(fā)明中，電流模鎖存分頻器通過驅動管的耦合來實現(xiàn)正交信號的輸出。