[實用新型]基于環形結構的正交推-推壓控振蕩器

有效

• 申請號: 201420442168.3
• 申請日: 2014-08-06
• 公開（公告）號: CN203984394U
• 公開（公告）日: 2014-12-03
• 發明（設計）人: 高海軍;孫玲玲
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: H03L7/099
• 分類號: H03L7/099
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

技術領域

本實用新型屬于微電子學技術領域，涉及一種基于環形結構的正交推-推壓控振蕩器。

背景技術

無線收發前端根據結構的不同，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單片集成，受到越來越多的關注。在這種結構中，射頻信號與互為正交的兩路本振信號混頻，直接產生基帶信號。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性能。同時，由于產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生是非常關鍵的。

在射頻電路中，可以采用無源多相濾波器來產生正交本振信號，如圖1所示。VCO產生差分輸出信號，經高頻放大器緩沖放大后驅動無源多相濾波器產生正交本振信號。無源多項濾波器產生正交信號的優點是壓控振蕩器的結構簡單，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生偏差，導致正交兩路信號的幅度和相位分別失配。另一種產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生正交信號，該方法電路結構簡單，環路結構使工藝偏差引起的失配弱化，因此在GHz頻段范圍應用較多。

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，上述正交信號產生電路遇到了新的問題。對正交壓控振蕩器來說，要產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生和太赫茲無線通信的發展提出嚴重的挑戰。

發明內容

本實用新型的目的是針對現有技術的不足，提出一種基于環形結構的正交推-推壓控振蕩器。利用四級反相放大器構成的環形振蕩器中輸出信號之間的相位關系、結合諧波選擇元件抽取各輸出信號中的二次諧波，構建正交輸出的推-推壓控振蕩器，實現毫米波、亞毫米波、特別是太赫茲頻段收發前端正交本振信號的產生。

本實用新型一種基于環形結構的正交推-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、兩個變容管、兩個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、第二變容管的一端和第二電感的一端連接，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、第一變容管的一端和第一電感的一端連接，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；第一變容管的另一端與第二變容管的另一端連接，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。?

在本實用新型中，第一電感、第二電感、第一變容管、第二變容管、第一NMOS和第二NMOS構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，實現各延遲單元間的互聯以構成環路；頻率選擇元件實現延遲單元輸出信號中的二次諧波的選擇輸出。