[發(fā)明專利]一種應(yīng)用于GNSS接收機(jī)的寬帶LC振蕩器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310325288.5
• 申請(qǐng)日: 2013-07-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103401554A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-11-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅彥彬;石堅(jiān);樂(lè)建連;金玉花;甘業(yè)兵
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇物聯(lián)網(wǎng)研究發(fā)展中心
• 主分類號(hào): H03L7/099
• 分類號(hào): H03L7/099
• 代理公司: 無(wú)錫市大為專利商標(biāo)事務(wù)所 32104
• 代理人: 曹祖良

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種LC振蕩器，尤其是一種應(yīng)用于GNSS（Global?Navigation?Satellite?System，GNSS）接收機(jī)的寬帶LC振蕩器，具體地說(shuō)是一種低相位噪聲、高線性度、高性能的LC振蕩器，屬于射頻集成電路的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

LC振蕩器是無(wú)線通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵模塊之一，以高精度、低相位噪聲的晶振頻率為參考，通過(guò)頻率合成器的反饋和運(yùn)算，使LC振蕩器工作于參考頻率的某個(gè)倍數(shù)，并輸出高頻率穩(wěn)定度、高頻譜純度的本地振蕩信號(hào)。本振信號(hào)送至混頻器進(jìn)行混頻，在接收機(jī)中，下混頻至低中頻或直接變頻；在發(fā)射機(jī)中，將輸入信號(hào)上混頻至所需的高頻處，再經(jīng)過(guò)功率放大器發(fā)射出去。振蕩器有很多種，而能輸出高頻率、低相位噪聲的只有LC振蕩器。LC振蕩器有電感三點(diǎn)式的（Hartley）結(jié)構(gòu)，電容三點(diǎn)式的（Colpitts）結(jié)構(gòu)，和負(fù)阻LC振蕩器。振蕩頻率由電感L和電容C決定，而頻率調(diào)諧則通過(guò)改變LC-TANK（電感電容共振腔）中電容值改變振蕩頻率，具體可以通過(guò)調(diào)節(jié)可變電容（Varactor）兩端的電壓來(lái)調(diào)節(jié)頻率電容值，實(shí)現(xiàn)頻率的調(diào)諧。振蕩器控制電壓對(duì)頻率的調(diào)節(jié)用電壓轉(zhuǎn)換頻率增益K_VCO表示，單位為MHz/V。因此，LC振蕩器既是一個(gè)輸出高頻率、大信號(hào)的模塊，也是一個(gè)超敏感模塊，控制電壓的輕微變化、可變電容兩端電壓的變化、以及電源電壓的抖動(dòng)和電源地由于噪聲的反彈，都會(huì)通過(guò)K_VCO轉(zhuǎn)換為頻率的變化，造成頻率的漂移，這種現(xiàn)象稱之為幅度噪聲轉(zhuǎn)換為頻率調(diào)制噪聲（AM-FM）。

傳統(tǒng)的寬帶LC振蕩器中，由于K_VCO太大，往往會(huì)惡化相位噪聲，頻譜純度變差，因此在寬帶LC振蕩器設(shè)計(jì)中，通常使用MOS開(kāi)關(guān)控制電容陣列的接入，控制多段子波段合成符合設(shè)計(jì)要求的整個(gè)頻段。為了優(yōu)化相位噪聲，寬帶LC振蕩器的電壓轉(zhuǎn)換頻率增益K_VCO都會(huì)設(shè)計(jì)的比較小，這樣在所要求的頻段內(nèi)需要很多的子波段才可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。子波段之間的間距調(diào)節(jié)是通過(guò)MOS開(kāi)關(guān)控制電容陣列中電容串的接入，MOS開(kāi)關(guān)在導(dǎo)通時(shí)存在導(dǎo)通電阻，這會(huì)降低電容串的Q值，串入越多的電容串，整個(gè)LC-TANK的Q將得到嚴(yán)重地降低，這將會(huì)嚴(yán)重地惡化相位噪聲，并且寬帶LC振蕩器在低頻段，由于Q值低振蕩器起振困難。

寬帶LC振蕩器中由于電容串的寄生效應(yīng)，會(huì)使得子波段間距難以控制，建模存在非理想效應(yīng)，由于電容的寄生效應(yīng)增加了電路的復(fù)雜度，特別是在調(diào)諧范圍很大的寬帶LC振蕩器中。這使得寬帶LC振蕩器的線性度得到很大的影響，要得到子波段的高線性，必須付出電路復(fù)雜，建模困難，LC振蕩器Q值惡化的代價(jià)。

由于可變電容跨接在振蕩器差分輸出的兩端，差分輸出的正弦信號(hào)其幅度是隨輸出頻率做正弦變化，其變化的最大值可為電源電壓。這也就意味著可變電容在每個(gè)振蕩周期內(nèi)，盡管振蕩器的控制電壓（Vctrl）不變，可變電容兩端的電壓最大會(huì)出現(xiàn)電源電壓的變化。因此在可變電容兩端加上固定電容，再接入LC振蕩器中，不僅可以降低由于幅度變化造成的幅度噪聲轉(zhuǎn)換為頻率調(diào)制噪聲（AM-FM）而且可以提高可變電容的線性調(diào)諧范圍。但是，由于串入電容陣列會(huì)導(dǎo)致LC振蕩器Q值降低，寬帶LC振蕩器中用MOS開(kāi)關(guān)控制電容陣列導(dǎo)致電路復(fù)雜度上升，LC振蕩器的相位噪聲。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種應(yīng)用于GNSS接收機(jī)的寬帶LC振蕩器，其結(jié)構(gòu)緊湊，能提高LC振蕩器的Q值，降低電路的復(fù)雜度，提高子波段間距的線性度，改善相位噪聲，適應(yīng)范圍廣，安全可靠。

按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述應(yīng)用于GNSS接收機(jī)的寬帶LC振蕩器，包括偏置電流源及與所述偏置電流源連接的交叉耦合負(fù)阻放大器；所述交叉耦合負(fù)阻放大器與電感的兩端對(duì)應(yīng)連接，分別形成振蕩器正輸出端及振蕩器負(fù)輸出端，電感的中心端接地；所述振蕩器正輸出端與振蕩器負(fù)輸出端之間還設(shè)有自適應(yīng)補(bǔ)償可變電容陣列及間距控制可變電容陣列。

所述自適應(yīng)補(bǔ)償可變電容陣列包括第一組可變電容管、第二組可變電容管及第三組可變電容管；第一組可變電容管包括第一可變電容及第二可變電容，所述第一可變電容的負(fù)極端與第二可變電容的負(fù)極端連接及第三電阻的一端連接，第三電阻的另一端與第一控制電壓連接，第一可變電容的正極端通過(guò)第三固定電容與振蕩器正輸出端連接，且第一可變電容的正極端通過(guò)第一電阻與偏置電壓連接；第二可變電容的正極端通過(guò)第四固定電容與振蕩器負(fù)輸出端連接，且第二可變電容的正極端通過(guò)第二電阻與偏置電壓連接；