[發(fā)明專利]一種使用協(xié)同調(diào)諧緩沖器的寬范圍低功率波動壓控振蕩器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010909996.3
• 申請日: 2020-09-02
• 公開（公告）號: CN112104328B
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張潤曦;汪如夢;石春琦
• 申請（專利權(quán)）人: 華東師范大學(xué)
• 主分類號: H03B5/18
• 分類號: H03B5/18
• 代理公司: 上海藍(lán)迪專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 31215
• 代理人: 徐筱梅;張翔

本發(fā)明公開了一種使用協(xié)同調(diào)諧緩沖器的寬范圍低功率波動壓控振蕩器，采用開關(guān)電感配合變?nèi)莨荜嚵袑?shí)現(xiàn)多子帶調(diào)諧，在獲得低調(diào)諧增益的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了超寬的頻率調(diào)諧范圍24.48~37.16?GHz（41.14%），其中使用的開關(guān)電感具有較優(yōu)的品質(zhì)因子，使得振蕩器在整個(gè)工作頻率范圍內(nèi)，能獲得更優(yōu)的相位噪聲性能（?124.91?dBc/Hz@10MHz）；輸出緩沖器的選頻網(wǎng)絡(luò)與振蕩器核心采用相同的電感電容形成LC選頻，可以達(dá)到緩沖器和振蕩器核心協(xié)同調(diào)諧、精確選頻放大的效果，最終使得輸出功率波動在整個(gè)調(diào)諧范圍內(nèi)小于3dB（?2.68~0.24?dB）。本發(fā)明可作為毫米波無線通信系統(tǒng)的本振信號源使用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于毫米波集成電路設(shè)計(jì)的技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種使用協(xié)同調(diào)諧緩沖器的CMOS毫米波壓控振蕩器，可用于5G毫米波通信系統(tǒng)。

背景技術(shù)

近年來，毫米波技術(shù)在抗干擾通信、大容量寬帶信息傳送、軍事保密等方面的應(yīng)用不斷發(fā)展，人們對該領(lǐng)域的研究十分活躍。毫米波通信在高速無線寬帶接入技術(shù)、5G技術(shù)、衛(wèi)星通信、相控雷達(dá)、電子對抗等領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展前景。

毫米波通信具有的優(yōu)點(diǎn)有頻段容量大、抗干擾、質(zhì)量高、安全系數(shù)高、支持全天候的通信要求、制作的設(shè)備體積小等等。其次，而隨著無源器件的片上集成的實(shí)現(xiàn)，硅基CMOS工藝因其成本低、集成度高等優(yōu)點(diǎn)成為了毫米波段集成電路主流工藝。近些年基于CMOS工藝的毫米波芯片的性能不斷得到提升，已經(jīng)可以媲美傳統(tǒng)的III-V族毫米波電路，同時(shí)CMOS工藝的優(yōu)點(diǎn)很多，比如成本低、面積小、功耗低、技術(shù)成熟等。因此，近年對高速率、高性能、低功耗的CMOS毫米波通信芯片的研究十分活躍。在毫米波收發(fā)機(jī)系統(tǒng)中，信號源是通信設(shè)備必需的部分，毫米波信號源芯片設(shè)計(jì)的核心即壓控振蕩器(VCO)電路，它的目的是為收發(fā)系統(tǒng)輸送一個(gè)較為純凈的本振信號，有著極其重要的研究意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種使用協(xié)同調(diào)諧緩沖器的寬范圍低功率波動壓控振蕩器，是一種寬調(diào)諧范圍低輸出功率波動CMOS毫米波壓控振蕩器。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種使用協(xié)同調(diào)諧緩沖器的寬范圍低功率波動壓控振蕩器，特點(diǎn)是該壓控振蕩器由一個(gè)振蕩器主體和一個(gè)協(xié)同調(diào)諧輸出緩沖器構(gòu)成。振蕩器主體的諧振腔由開關(guān)電感和變?nèi)莨荜嚵袠?gòu)成，輸出緩沖器的選頻網(wǎng)絡(luò)與振蕩器核心采用相同的電感電容形成LC選頻，實(shí)現(xiàn)選頻帶寬頻段跟隨壓控振蕩器輸出頻率變化的作用，達(dá)到緩沖器和振蕩器協(xié)同調(diào)諧、精確選頻放大的效果，實(shí)現(xiàn)寬調(diào)諧范圍和低輸出功率波動。其具體形式為：

振蕩器主體(VCO-CORE)中，第一NMOS管M1的源極、第二NMOS管M2的源極和第三NMOS管M3的漏極、第四NMOS管M4的漏極相接，第二NMOS管M2的柵極、第一NMOS管M1的漏極和第一可變電容管Cv1的柵極、第三可變電容管Cv3的柵極、第五可變電容管Cv5的柵極共同接到振蕩器核心的第一輸出端VP，第一NMOS管M1的柵極、第二NMOS管M2的漏極和第二可變電容管Cv2的柵極、第四可變電容管Cv4的柵極、第六可變電容管Cv6的柵極共同接到振蕩器核心的第二輸出端VN，第三NMOS管M3的源極和第四NMOS管M4的源極接到地線GND，第三NMOS管M3的柵極和第四NMOS管M4的柵極連接到電壓控制信號VB1；第一可變電容管Cv1的源極和漏極相接和第二可變電容管Cv2的源極和漏極相接至調(diào)諧電壓VTUNE，第三可變電容管Cv3的源極和漏極相接和第四可變電容管Cv4的源極和漏極相接至數(shù)字控制電壓SW1，第五可變電容管Cv5的源極和漏極相接和第六可變電容管Cv6的源極和漏極相接至數(shù)字控制電壓SW2，開關(guān)電感T1由主級電感L1、次級電感L2和開關(guān)管第五NMOS管M5構(gòu)成，主級電感L1的一端與第一輸出端VP相接，主級電感L1的另一端與第二輸出端VN相接，主級電感L1的物理中心位置接電源電壓VDD；次級電感L2的一端與第五NMOS管M5的漏極相接，次級電感L2的另一端與第五NMOS管M5的源極相接，次級電感L2的物理中心位置接地，第五NMOS管M5的柵極接數(shù)字電平SWL；