[發明專利]一種寬調諧低相噪微帶壓控振蕩器

在審

• 申請號: 201811353043.2
• 申請日: 2018-11-14
• 公開（公告）號: CN109274368A
• 公開（公告）日: 2019-01-25
• 發明（設計）人: 陳會;王閃閃;柏興飛;何楊
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H03L7/099
• 分類號: H03L7/099;H03L7/08
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 李朝虎

本發明公開了一種寬調諧低相噪微帶壓控振蕩器，諧振網絡和輸出匹配網絡均連接于負阻網絡；負阻網絡包括超低噪場效應管M和反饋網絡，諧振網絡連接于超低噪場效應管M的柵極，輸出匹配網絡連接于超低噪場效應管M的漏極；反饋網絡的一端連接于超低噪場效應管M的源極，另一端接地；反饋網絡使得超低噪場效應管M的柵極獲得負阻抗，并使得超低噪場效應管M的漏極獲得高輸出功率。本發明一種寬調諧低相噪微帶壓控振蕩器，通過設置上述器件，通過對晶體管輸出匹配網絡結構進行合理設計，提出了一種寬調諧低相噪微帶振蕩器。這種設計理念所實現的振蕩器不僅解決了目前存在的問題，而且其結構緊湊、成本低廉且易于實現，對VCO的研究意義重大。

技術領域

本發明涉及電子信息技術領域，具體涉及一種寬調諧低相噪微帶壓控振蕩器。

背景技術

現今各種通信系統對頻率合成器的相位噪聲要求越來越高。相位噪聲是信息傳輸質量和可靠性的重要參數。壓控振蕩器(VCO)是射頻收發器中的一個核心模塊，頻率合成器的相位噪聲主要由VCO決定，因而高性能壓控振蕩器的設計變得十分關鍵。

從電路結構來分，壓控振蕩器主要有兩類：環路振蕩器和LC振蕩器。環路振蕩器能獲得大的調諧范圍，易于集成，但是其相位噪聲性能不如LC振蕩器。在LC振蕩器中，可以通過采用電容比值C_max/C_min大的MOS變容管來獲得寬的調諧范圍。同時因為Q值很高，所以也能獲得好的相位噪聲。然而，在實際應用中，系統的相位噪聲與壓控振蕩器的靈敏度(K_VCO)有關。因為在頻率合成器中，前級模塊的噪聲直接加在壓控振蕩器的輸入端。因此實際的壓控振蕩器在獲得大的調諧范圍的情況下，必須盡量減小壓控振蕩器的靈敏度。另外，影響LC壓控振蕩器相位噪聲的主要因素還有：尾電流源、片上電感的Q值以及輸出信號的幅度和對稱性。

在LC壓控振蕩器中，通常采用有源器件產生負電導(-G_m)來補償集成電感和可變電容的電阻損失，如圖1所示。圖1中的G_tank表示由電感和電容引起的電阻損失，當有源器件足以補償電阻損失時，即G_active≥G_tank時，LC壓控振蕩器能夠維持振蕩。

在傳統壓控振蕩器中，主要可分為晶體壓控振蕩器、RC壓控振蕩器和LC壓控振蕩器。晶體壓控振蕩器(VCXO)主要由石英諧振器、變容二極管和振蕩電路組成，其工作原理是通過控制電壓來改變變容二極管的電容，從而“牽引”石英諧振器的頻率，以達到頻率調制的目的。VCXO大多用于鎖相技術、頻率負反饋調制的目的；RC壓控振蕩器多用在單片集成電路中；LC壓控振蕩器通常是用變容二極管C與電感L，所接成的LC諧振電路。提高變容二極管的逆向偏壓，二極管內的空泛區會加大，兩導體面之距離一變長，電容就降低了，此LC電路的諧振頻率，就會被提高。反之，降低逆向偏壓時，二極管內的電容變大，頻率就會降低。晶體壓控振蕩器的頻率穩定度高，但調頻范圍窄；RC壓控振蕩器的頻率穩定度低而調頻范圍寬，LC壓控振蕩器居二者之間。

研究表明，由于LC諧振腔的Q值很高，因而這種類型的VCO的相位噪聲很低，因而常用于對頻率抖動要求非常低的頻率合成器中。并且這種結構的工作頻率只與電感L和電容C有關，通過減小電感或電容并減小電路的寄生電容可以使得電路工作在很高的工作頻率下。

基于以上討論，本發明選用LC壓控振蕩器，設計了一款基于平面結構的寬調諧振蕩器。該設計將開路線作為輸出匹配的方式，開路線在二次諧波頻率處相當于開路線，也相當于一個對地的帶通濾波器，因而能有效地抑制了二次諧波；晶體管采用共源串聯反饋拓撲結構，使得在柵極處獲得負阻抗，在漏極處獲得高輸出功率。這一設計使得該振蕩器獲得較寬的調諧范圍。綜上所述，該設計電路簡單易實現，且設計過程大大減小了電路尺寸，這符合小型化的設計思想。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是現有技術中的VCO頻率穩定度低，調頻范圍窄并且電路復雜不易實現，目的在于提供一種寬調諧低相噪微帶壓控振蕩器，解決上述問題。