[發(fā)明專利]一種基于環(huán)形結(jié)構(gòu)的正交推?推壓控振蕩器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410383790.6
• 申請日: 2014-08-06
• 公開（公告）號: CN104202043B
• 公開（公告）日: 2017-09-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高海軍;孫玲玲
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州電子科技大學(xué)
• 主分類號: H03L7/099
• 分類號: H03L7/099
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙)33240
• 代理人: 杜軍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微電子學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于環(huán)形結(jié)構(gòu)的正交推-推壓控振蕩器。

背景技術(shù)

無線收發(fā)前端根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，可以分為超外差接收機、低中頻接收機及零中頻接收機，其中零中頻接收機由于可以實現(xiàn)單片集成，受到越來越多的關(guān)注。在這種結(jié)構(gòu)中，射頻信號與互為正交的兩路本振信號混頻，直接產(chǎn)生基帶信號。正交兩路本振信號的相位誤差和幅度失配會直接影響接收機鏡像抑制能力和解調(diào)性能。同時，由于產(chǎn)生本振信號的電路工作在電路的最高頻率處，其頻率輸出能力和功耗等決定著整個接收機的接收頻率和功耗。因此，零中頻接收機中正交本振信號的產(chǎn)生是非常關(guān)鍵的。

在射頻電路中，可以采用無源多相濾波器來產(chǎn)生正交本振信號，如圖1所示。VCO產(chǎn)生差分輸出信號，經(jīng)高頻放大器緩沖放大后驅(qū)動無源多相濾波器產(chǎn)生正交本振信號。無源多項濾波器產(chǎn)生正交信號的優(yōu)點是壓控振蕩器的結(jié)構(gòu)簡單，但由于無源多相濾波器具有6dB的插入損耗，高頻放大器必須提供足夠的補償增益，這導(dǎo)致壓控振蕩器輸出端的負載電容增加和電路總體功耗的增加；另一方面，集成電路工藝的波動會使不同路徑上的電阻值和電容值產(chǎn)生偏差，導(dǎo)致正交兩路信號的幅度和相位分別失配。另一種產(chǎn)生正交本振信號的方法是采用正交壓控振蕩器，如圖2所示。兩個振蕩器通過一定的耦合方式產(chǎn)生正交信號，該方法電路結(jié)構(gòu)簡單，環(huán)路結(jié)構(gòu)使工藝偏差引起的失配弱化，因此在GHz頻段范圍應(yīng)用較多。

隨著無線通信的頻率逐漸進入到毫米波、亞毫米波、尤其是太赫茲頻段，上述正交信號產(chǎn)生電路遇到了新的問題。對正交壓控振蕩器來說，要產(chǎn)生這么高頻率的震蕩信號相當困難，尤其當所需頻率接近振蕩器有源器件的截止頻率f_T時。對無源多項濾波器來說，除了上述問題外，在上述頻段要實現(xiàn)具有6dB增益的放大器也相當困難。所有這些對太赫茲頻段正交本振信號的產(chǎn)生和太赫茲無線通信的發(fā)展提出嚴重的挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于環(huán)形結(jié)構(gòu)的正交推-推壓控振蕩器。利用四級反相放大器構(gòu)成的環(huán)形振蕩器中輸出信號之間的相位關(guān)系、結(jié)合諧波選擇元件抽取各輸出信號中的二次諧波，構(gòu)建正交輸出的推-推壓控振蕩器，實現(xiàn)毫米波、亞毫米波、特別是太赫茲頻段收發(fā)前端正交本振信號的產(chǎn)生。

本發(fā)明一種基于環(huán)形結(jié)構(gòu)的正交推-推壓控振蕩器包括四級延遲單元，第一級延遲單元的第一輸出端連接第二級延遲單元的同相輸入端，第一級延遲單元的第二輸出端連接第二級延遲單元的反相輸入端；第二級延遲單元的第一輸出端連接第三級延遲單元的同相輸入端，第二級延遲單元的第二輸出端連接第三級延遲單元的反相輸入端；第三級延遲單元的第一輸出端連接第四級延遲單元的同相輸入端，第三級延遲單元的第二輸出端連接第四級延遲單元的反相輸入端；第四級延遲單元的第一輸出端連接第一級延遲單元的反相輸入端，第四級延遲單元的第二輸出端連接第一級延遲單元的同相輸入端；第一級延遲單元的外部電壓控制端、第二級延遲單元的外部電壓控制端、第三級延遲單元的外部電壓控制端、第四級延遲單元的外部電壓控制端連接，作為正交推-推壓控振蕩器的電壓控制端；第一級延遲單元的第三輸出端作為正交推-推壓控振蕩器的第一輸出端；第二級延遲單元的第三輸出端作為正交推-推壓控振蕩器的第二輸出端；第三級延遲單元的第三輸出端作為正交推-推壓控振蕩器的第三輸出端；第四級延遲單元的第三輸出端作為正交推-推壓控振蕩器的第四輸出端。

每級延遲單元包括二個NMOS管、二個PMOS管、兩個變?nèi)莨堋蓚€電感和一個諧波選擇元件。第一NMOS管的柵極、第二NMOS管的漏極、第二PMOS管的漏極、第二變?nèi)莨艿囊欢撕偷诙姼械囊欢诉B接，作為延遲單元的第二輸出端；第二NMOS管的柵極、第一NMOS管的漏極、第一PMOS管的漏極、第一變?nèi)莨艿囊欢撕偷谝浑姼械囊欢诉B接，作為延遲單元的第一輸出端；第一PMOS管的柵極接延遲單元的同相輸入端；第二PMOS管的柵極接延遲單元的反相輸入端；第一電感的另一端與第二電感的另一端相連；第一變?nèi)莨艿牧硪欢伺c第二變?nèi)莨艿牧硪欢诉B接，作為外部電壓控制端；第一PMOS管、第二PMOS管的源極接電源VDD；第一NMOS管、第二NMOS管的源極與頻率選擇元件的一端相連，作為延遲單元的第三輸出端；諧波選擇元件的另一端接地。

在本發(fā)明中，第一電感、第二電感、第一變?nèi)莨堋⒌诙內(nèi)莨堋⒌谝籒MOS和第二NMOS構(gòu)成一個電容電感型壓控振蕩器；第一PMOS管、第二PMOS管作為延遲單元的輸入，實現(xiàn)各延遲單元間的互聯(lián)以構(gòu)成環(huán)路；頻率選擇元件實現(xiàn)延遲單元輸出信號中的二次諧波的選擇輸出。