[發明專利]低功耗低相位噪聲電感電容壓控振蕩器

有效

• 申請號: 201410239798.5
• 申請日: 2014-05-30
• 公開（公告）號: CN103997337B
• 公開（公告）日: 2017-01-04
• 發明（設計）人: 王源;甘善良;賈嵩;張鋼剛;張興
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: H03L7/099
• 分類號: H03L7/099
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司11002
• 代理人: 李迪

技術領域

發明涉及電感電容壓控振蕩器技術領域，更具體涉及一種低功耗低相位噪聲電感電容壓控振蕩器(LC-VCO)。

背景技術

電感電容壓控振蕩器(LC-VCO)作為時鐘產生單元，廣泛應用于需要提供一定頻率信號的電路，如鎖相環、調制解調模塊等。而LC-VCO的功耗相比于傳統的環型振蕩器功耗明顯較大，并且隨著振蕩頻率提高，功耗有不斷增大的趨勢。另外，在LC-VCO中，隨著頻率增大，對相位噪聲的要求也越來越高。而無源器件可變電容是一個較大的噪聲源，這是由于可變電容C-V特性不夠線性引起的。

對于LC-VCO，為了增大頻率調節范圍而又不增加它的增益，通常采用多位開關控制的固定電容陣列，使其形成多個頻率調節子帶，如采用3bits開關控制的固定電容陣列，就會有8個頻率調節子帶。但是，在采用了多位開關控制的固定電容陣列后，如果采用固定的交叉耦合負阻單元，此時交叉耦合負阻單元必須提供振蕩頻率最大時所需的能量。因此，在改變固定電容陣列控制信號使得振蕩頻率降低時，交叉耦合負阻單元仍然提供振蕩頻率最大時所需的能量，這樣就帶來了較大的功耗。

對于LC-VCO中的無源器件可變電容，它的電容值是隨著控制電壓的變化而變化的，如果電容值不隨控制電壓線性變化，就會導致輸出頻率隨控制電壓的變化也不夠線性，從而使得LC-VCO輸出信號的相位噪聲增大。對于單一偏置電壓的可變電容，它的C-V不夠線性主要體現在工作電壓比較小和比較大的范圍，當控制電壓在0—0.4V和0.8—1.2V范圍時，C-V特性就不夠線性。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明要解決的技術問題就是如何在不改變電源電壓情況下降低電感電容壓控振蕩器(LC-VCO)的功耗以及相位噪聲，

(二)技術方案

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種低功耗低相位噪聲電感電容壓控振蕩器，該電感電容壓控振蕩器包括由ind、C0、Mn1、Mn2和Mn0構成的一個基本的振蕩單元CELL0，所述ind是一個三端電感，所述C0是固定電容，ind和C0構成基本的振蕩單元LC?Tank；NMOS管Mn1和Mn2形成交叉耦合負阻給LC?Tank提供能量，同時將柵接Vdd的NMOS管Mn0作為尾電流源接到Mn1和Mn2的源極與地之間；在CELL0基礎上并聯了3bits，即SW1、SW2、SW3控制的三個CELL，即CELL1、CELL2和CELL3，每個CELL包括開關控制的固定電容和負阻；在CELL0基礎上還并聯了由Vbias1、Vbias2和Vbias3控制的三組可變電容的組合；在開關選通某個CELL的固定電容同時開關的反信號關斷此CELL的尾電流源NMOS管。

其中，上述CELL1的結構如下：SW1接到NMOS管Mn3和Mn4的柵極，Mn3和Mn4的源極接地，Mn3漏極和VCOP之間接固定電容C3，Mn4漏極和VCON之間接固定電容C4，SW1經過反相器后接到尾電流源NMOS管Mn7的柵極，NMOS管Mn5和Mn6形成交叉耦合負阻，Mn5的漏極接VCOP，Mn6的漏極接VCON，Mn7接在Mn5和Mn6的源極與地之間；上述CELL2和上述CELL3的結構與上述CELL1結構相同。

其中，由上述Vbias1控制的可變電容結構如下：固定電容C1接在VCOP和可變電容Cvar1的陰極之間，固定電容C2接在VCON和可變電容Cvar2的陰極之間，可變電容調節電壓Vtune接到Cvar1和Cvar2的陽極；可變電容偏置電壓Vbias1通過大電阻R1和R2分別接到Cvar1的陰極和Cvar2的陰極；由上述Vbias2和上述Vbias3控制的可變電容結構與上述Vbias1控制的可變電容結構相同。

其中，采用三種不同電壓Vbias1、Vbias2和Vbias3偏置的可變電容并聯組合。

其中，控制固定電容陣列信號的反信號同時控制著對應于該固定電容陣列的帶尾電流源的交叉耦合負阻；可變電容陣列采用三種不同電壓偏置并聯組成。

其中，開關控制的固定電容陣列及負阻單元擴展至多個；不同偏置電壓控制的可變電容并聯組合也擴展至多個偏置電壓控制。

其中，帶尾電流源的NMOS交叉耦合負阻換成帶尾電流源的PMOS交叉耦合負阻。

(三)有益效果