[發明專利]一種采用電感抽頭的高精度數控LC振蕩器

有效

• 申請號: 201510363970.2
• 申請日: 2015-06-26
• 公開（公告）號: CN104993794B
• 公開（公告）日: 2018-05-22
• 發明（設計）人: 廖懷林;楊帆;王潤華;劉曉哲;翁軒鍇;劉軍華
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: H03B5/12
• 分類號: H03B5/12
• 代理公司: 北京君尚知識產權代理事務所(普通合伙) 11200
• 代理人: 司立彬

本發明公開了一種采用電感抽頭的高精度數控LC振蕩器，其特征在于，在傳統LC振蕩器的電感中間的設定位置選擇抽頭，并在抽頭處接入另一開關電容陣列作為細調電容陣列。電感中間的抽頭可以選擇一個或一對抽頭。當選擇一個抽頭時，細調電容陣列接在抽頭端與電感一端；當選擇一對抽頭時，細調電容陣列接在兩個抽頭端。本發明可以在有限的最小電容值下，實現更高的頻率精度。

技術領域

本發明屬于集成電路技術領域，涉及一種數控振蕩器，具體涉及一種采用電感抽頭的數控LC振蕩器。

背景技術

鎖相環是現代電子系統的核心電路之一，是最常見的頻率源。集成電路(Integrated Circuits,IC)工藝技術的發展，使得數字化鎖相環技術成為可能。相比于模擬鎖相環，數字鎖相環的特性受工藝、電壓和溫度波動的影響較小，有著更好的穩定性。

數字鎖相環利用數字碼來控制振蕩器，其輸出頻率不像壓控振蕩器一樣是連續值，只能是不同控制碼對應的一系列分立頻率值。在數字鎖相環中，這些分立的頻率值與所需的頻率之間存在著誤差，即數控振蕩器的量化誤差。這些量化誤差會在環路中引入額外的量化噪聲，最終疊加到鎖相環的最終頻率，導致輸出相噪聲的惡化。因此，數控振蕩器輸出的頻率精度越高，其量化誤差也就越小，從而對相噪聲的影響也就越小。

圖1是典型的電感電容振蕩器(LC Oscillator，以下簡稱LC振蕩器)，由電感電容組成的諧振網絡和正反饋放大電路構成，其振蕩頻率可表示為：

其中，L0和C0為諧振網絡的電感和電容值，CP為寄生電容。通過改變電感L0或電容C0可以調節振蕩器的振蕩頻率。一般來說，電感值難以精確控制和調節，因此數控振蕩器中電容C0一般通過開關電容陣列實現頻率調節。然而由于集成電路工藝中可實現的電容值不能無限小，開關電容切換的電容精度是有限的，所調節的頻率精度也是有限的。例如一個2.4GHz振蕩器，其典型的電感電容值分別為2nH和2.2pF。而一個典型的180nm工藝中提供的最小電容在10fF量級，每增加或減少一位電容可使振蕩頻率改變5.4MHz，這樣的頻率精度難以滿足鎖相環的要求。

現有技術往往通過改進開關電容陣列來提高數控振蕩器的精度，如利用電容的串并聯關系以獲得更小的電容值。這些技術雖然能將精度提高數倍，但仍受限于集成電路工藝所能提供的最小電容，也增加了電容陣列的設計復雜度。

發明內容

針對數控振蕩器的精度問題，本發明提出了一種采用電感抽頭的數控LC振蕩器，從而在有限的最小電容值下，實現更高的頻率精度。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種采用電感抽頭的高精度數控LC振蕩器，其特征在于，在傳統LC振蕩器的電感中間的設定位置選擇抽頭，并在抽頭處接入另一開關電容陣列作為細調電容陣列。

進一步的，電感中間的抽頭可以選擇一個或一對抽頭。當選擇一個抽頭時，細調電容陣列接在抽頭端與電感一端；當選擇一對抽頭時，細調電容陣列接在兩個抽頭端。所述電感可以為任何形式的電感，包括方形、多邊形、單圈、多圈、單層金屬或疊層電感。

進一步的，所述抽頭的位置決定了數控振蕩器的頻率精度，根據頻率精度要求設計和下文的計算確定的抽頭位置。