[發(fā)明專利]達(dá)林頓差分考畢茲壓控振蕩器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911295812.2
• 申請(qǐng)日: 2019-12-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111147022A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-05-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓婷婷;田密
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)航天科工集團(tuán)八五一一研究所
• 主分類號(hào): H03B5/36
• 分類號(hào): H03B5/36
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 朱沉雁

本發(fā)明公開(kāi)了一種達(dá)林頓差分考畢茲壓控振蕩器，包括有源負(fù)阻結(jié)構(gòu)和電感電容諧振腔，通過(guò)HBT管級(jí)聯(lián)構(gòu)成高電流增益特性達(dá)林頓結(jié)構(gòu)，并基于該達(dá)林頓結(jié)構(gòu)形成有源負(fù)阻，該有源負(fù)阻可高靈敏地放大電路中的微弱信號(hào)，為壓控振蕩器提供足夠的增益，提升振蕩器的起振能力；降低諧振腔并聯(lián)電阻引起的品質(zhì)因數(shù)的退化，同時(shí)提高輸出信號(hào)的頻率響應(yīng)特性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微波毫米波集成電路領(lǐng)域，具體涉及一種達(dá)林頓差分考畢茲壓控振蕩器。

背景技術(shù)

壓控振蕩器（voltage-controlled oscillator，VCO）是頻率源系統(tǒng)中工作頻率最高的模塊，它是將DC能量轉(zhuǎn)變?yōu)锳C波形的非線性電路。VCO是頻率源的核心模塊，它決定了頻率源的一些關(guān)鍵性能，一個(gè)合理的VCO設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)頻率源系統(tǒng)的良好性能的前提條件。當(dāng)前主流的壓控振蕩器采用電感和電容諧振方式實(shí)現(xiàn)，即LC壓控振蕩器，電容包括固定電容和變?nèi)莨?可變電容)；通過(guò)控制變?nèi)莨艿碾妷簛?lái)改變電感和電容諧振頻率，從而改變壓控振蕩器的輸出頻率。

考畢茲（Colpitts）振蕩器屬于電容三點(diǎn)式LC振蕩器，它是由美國(guó)工程師Colpitts首次提出的振蕩器結(jié)構(gòu)，它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：有源器件通過(guò)電容分壓的方式進(jìn)行信號(hào)反饋。考畢茲振蕩器有共集電極、共基極和共射極3種結(jié)構(gòu)，其中共集電極結(jié)構(gòu)的諧振腔隔離度較高、電感寄生參數(shù)影響較小，因此常見(jiàn)于微波/毫米波壓控振蕩器的芯片設(shè)計(jì)中。

相對(duì)于微波/毫米波芯片設(shè)計(jì)中另一種常采用的交叉耦合LC壓控振蕩器結(jié)構(gòu)而言，考畢茲壓控振蕩器具有更高的輸出功率、更寬的調(diào)諧范圍和更低的相位噪聲。然而，考畢茲振蕩器的起振比交叉耦合振蕩器更加困難，有更高的無(wú)法起振的風(fēng)險(xiǎn)，需要晶體管提供更高的跨導(dǎo)值，因而晶體管的尺寸以及所需功耗也更大；同時(shí)大尺寸晶體管較低的輸入阻抗使得VCO諧振腔的品質(zhì)因數(shù)退化，輸出功率和相位噪聲惡化；并在輸出端口引入較大的寄生電容，降低了VCO在微波/毫米波頻段的高頻響應(yīng)能力。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種達(dá)林頓差分考畢茲壓控振蕩器，適用于微波/毫米波振蕩器芯片電路，具有低相位噪聲以及更強(qiáng)的起振能力。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種達(dá)林頓差分考畢茲壓控振蕩器，包括：達(dá)林頓有源負(fù)阻結(jié)構(gòu)、反饋電容、諧振變?nèi)莨堋⒅C振電容、諧振電感、去耦電感、偏置電阻。通過(guò)HBT管級(jí)聯(lián)構(gòu)成高電流增益特性達(dá)林頓結(jié)構(gòu)，高靈敏地放大電路中的微弱信號(hào)，為VCO提供足夠的增益，提升振蕩器的起振能力；降低諧振腔并聯(lián)電阻引起的品質(zhì)因數(shù)的退化，同時(shí)提高輸出信號(hào)的頻率響應(yīng)特性。

在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，所述達(dá)林頓有源負(fù)阻結(jié)構(gòu)采用HBT三極管級(jí)聯(lián)構(gòu)成。達(dá)林頓電路可有四種接法：NPN+NPN，PNP+PNP，NPN+PNP，PNP+NPN：前二種是同極性接法，后二種是異極性接法。等效三極管極性與達(dá)林頓結(jié)構(gòu)的前一級(jí)三極管相同。

在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，所述達(dá)林頓有源負(fù)阻結(jié)構(gòu)的極性可為NPN型或PNP型或互補(bǔ)性。

所述諧振變?nèi)莨苄纬刹罘謱?duì)接，對(duì)接端設(shè)置有一個(gè)接入外部諧振電壓信號(hào)的端口；

在一個(gè)實(shí)施例中，諧振變?nèi)莨芸赏ㄟ^(guò)外接偏置電壓調(diào)整電容-電壓曲線；

在一個(gè)實(shí)施例中，所述偏置電路采用有源電流源實(shí)現(xiàn)；

在一個(gè)實(shí)施例中，所述諧振電容可采用開(kāi)關(guān)電容陣列實(shí)現(xiàn)；

在一個(gè)實(shí)施例中，所述去耦電感可采用具有中心抽頭的差分電感實(shí)現(xiàn)；

在一個(gè)實(shí)施例中，所述諧振電感可采用具有中心抽頭的差分電感實(shí)現(xiàn)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)在于：（1）采用的高電流增益特性達(dá)林頓結(jié)構(gòu)（組合電流增益等于兩只晶體管的電流增益的乘積）為VCO提供足夠的環(huán)路增益，可高靈敏地放大電路中的微弱信號(hào)，有效提升了振蕩器的起振能力。