[發明專利]一種小型化離散耦合多核振蕩器

有效

• 申請號: 202110133881.4
• 申請日: 2021-02-01
• 公開（公告）號: CN112968670B
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發明（設計）人: 舒一洋;錢慧珍;羅訊
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H03B1/04
• 分類號: H03B1/04;H03B5/08;H03L7/099
• 代理公司: 成都智弘知識產權代理有限公司 51275
• 代理人: 李小華

本發明公開了一種小型化離散耦合多核振蕩器，主要解決現有技術難以實現多核集成、難以引入波形倍增，波形整形等振蕩器等高性能技術且芯片尺寸較大的問題。該多核振蕩器由多個LC振蕩器耦合相連而成，所述LC振蕩器由電感L、電容C以及有源管構成；每個電感連接的兩個有源負阻之間間隔著一個有源負阻。每個電感可視為兩段，一段與前一個電感相耦合，一段與后一個電感相耦合。并且該離散耦合多核振蕩器不局限于2級，可任意擴展為m級n核離散耦合振蕩器(mn)，離散耦合級數越高，芯片尺寸越小。通過上述設計，本發明可以使得振蕩器相同芯片尺寸下，實現的電感值大大增加，換言之，對于特定頻率要求，芯片尺寸能極大降低。因此，適宜推廣應用。

技術領域

本發明涉及一種振蕩器，具體地說，是涉及一種小型化離散耦合多核振蕩器。

背景技術

LC振蕩器是芯片上常用的振蕩器形式，用來實現的高頻信號的產生。如圖1所示，LC振蕩器由電感L、電容C以及有源管(MOS管或者三極管)構成。電感電容構成LC諧振器，其諧振頻率為f₀＝1/[2π(LC)^1/2]。有源管提供負阻，通過消耗功耗抵消諧振器的損耗，從而使振蕩器在頻率f₀處持續振蕩，實現信號輸出。

為支持現代無線通信系統、雷達系統的高頻譜純凈度的要求，需要振蕩器的相位噪聲非常低。而對于單核振蕩器，其相位噪聲性能通常有限，因此在對相位噪聲要求高的應用中，多核振蕩器往往被采用以實現更優的相位噪聲性能。

如圖2所示為現有技術中的一種電阻耦合多核振蕩器，其通過電阻將多個LC振蕩器耦合在一起，多個LC振蕩器同時工作，可實現相位噪聲抑制。理想情況下N核耦合可實現10logN dB的相位噪聲抑制(雙核對應3dB，四核對應6dB)。但是這種振蕩器需要額外的耦合電路以及片上互聯，且該振蕩器占用芯片面積較大，芯片版圖布局受限，難以實現四核以上多核集成。

如圖3所示為現有技術中的環形多核振蕩器，其通過將LC諧振器整合在一起，可以縮小芯片尺寸。圖4為環形多核振蕩器展開形式，該振蕩器較易實現多核擴展。相鄰的有源負阻器件由電感級聯在一起，為了使振蕩器共同工作在差分狀態(即每個電感中電流方向相同)，電感的中心抽頭上需要級聯電阻，用于抑制不需要的電流流向，如圖5所示。該方案中由于電感中心抽頭上級聯電阻，難以利用中心抽頭給振蕩器供電，因此該結構僅適用于互補CMOS形有源電路。結構簡單，難以引入波形倍增，波形整形等振蕩器等高性能技術，該方案芯片尺寸仍然較大。

發明內容

本發明的目的在于提供一種小型化離散耦合多核振蕩器，主要解決現有技術難以實現多核集成、難以引入波形倍增，波形整形等振蕩器等高性能技術且芯片尺寸較大的問題。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種小型化離散耦合多核振蕩器，由多個LC振蕩器耦合相連而成，所述LC振蕩器由電感L、電容C以及有源管構成；所有所述LC振蕩器的電感L離散耦合并且首尾相連，每個所述LC振蕩器中電感L由m段線圈繞接而成，具有(m-1)個電感中心抽頭，每個電感的第一段與下一個電感的第二段相耦合，下一個電感的第二段再與下下一個電感的第三段相耦合，直到最后一個電感的第m段與上一個電感的第(m-1)相耦合，其中，每個電感L連接的兩個有源管之間間隔著(m-1)個有源管；m為大于1的整數，且m的數值小于LC振蕩器的數量。

進一步地，所述有源管由交叉耦合的NMOS或交叉耦合的PMOS或交叉耦合的CMOS或交叉耦合的三極管構成。

進一步地，所述電容C由固定電容或可調電容或開關電容或三者任意個數組合構成。

進一步地，所述離散耦合的電感中還嵌套有電感。

進一步地，所述有源管為多端口有源電路。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：