[發(fā)明專利]一種毫米波寬帶數(shù)控振蕩器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110276269.2
• 申請日: 2021-03-15
• 公開（公告）號: CN113067550A
• 公開（公告）日: 2021-07-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐路;白雪婧;郭世澤;張有明;唐旭升;李偉
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: H03B5/12
• 分類號: H03B5/12
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 沈廉

本發(fā)明公開了一種毫米波寬帶數(shù)控振蕩器，包括LC諧振腔和負(fù)阻電路。LC諧振腔采用電感調(diào)諧和電容調(diào)諧協(xié)同工作的寬帶調(diào)諧機(jī)制，其中，電感調(diào)諧采用基于互感開關(guān)的片上變壓器結(jié)構(gòu)；電容調(diào)諧分為三級：電容粗調(diào)電路、電容中調(diào)電路及電容精調(diào)電路，其中，電容粗調(diào)電路由開關(guān)電容陣列構(gòu)成；電容中調(diào)電路及電容精調(diào)電路均由離散電壓控制可變電容構(gòu)成，不需引入開關(guān)。與已有的毫米波寬帶數(shù)控振蕩器技術(shù)相比，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的毫米波數(shù)控振蕩器的帶寬更大、寄生電容更小、芯片面積更小，更利于數(shù)字鎖相環(huán)的片內(nèi)集成，極大節(jié)省了整個(gè)數(shù)字鎖相環(huán)芯片面積。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域，特別涉及一種毫米波寬帶數(shù)控振蕩器。

背景技術(shù)

數(shù)控振蕩器(Digital-controlled Oscillator，DCO)是數(shù)字鎖相環(huán)中最核心的電路，與壓控振蕩器(Voltage-controlled oscillator，VCO)利用模擬電壓控制輸出連續(xù)頻率的機(jī)理不同，DCO通過輸入數(shù)字控制信號改變LC諧振腔中的電感或電容值，最終輸出離散頻率。雖然二者控制機(jī)理不同，但寬帶調(diào)諧技術(shù)是相通的，在VCO中適用的寬帶調(diào)諧技術(shù)也可適用于DCO。

專利“中國專利：CN110729967A，2020.01.24”(參考文獻(xiàn)1)，采用四個(gè)基本的LC-VCO構(gòu)成窄帶切換電路，輸出緩沖電路將四個(gè)窄帶VCO共漏連接，最終將所選擇的窄帶VCO作為整個(gè)VCO的輸出。這種基于多窄帶振蕩器組合的寬帶振蕩器調(diào)諧技術(shù)，設(shè)計(jì)復(fù)雜度低，實(shí)現(xiàn)寬帶輸出的同時(shí)具有良好的噪聲性能，但是犧牲了很大的芯片面積，不利于整個(gè)鎖相環(huán)芯片集成。

專利“中國專利：CN107425812A，2017.12.01”(參考文獻(xiàn)2)，雙模電感通過開關(guān)陣列實(shí)現(xiàn)兩種等效電感值之間的切換，用于振蕩頻率的粗調(diào)節(jié)。第一變?nèi)荻O管陣列和第二變?nèi)荻O管陣列用于調(diào)節(jié)負(fù)載網(wǎng)絡(luò)的電容值，實(shí)現(xiàn)振蕩頻率的細(xì)調(diào)節(jié)。這種寬帶振蕩器調(diào)諧技術(shù)設(shè)計(jì)復(fù)雜度很高，該發(fā)明所用電感一方面占用了很大的面積，另一方面實(shí)現(xiàn)兩種等效電感值切換的四個(gè)MOS開關(guān)直接與電感連接，開關(guān)自身損耗將直接影響諧振腔品質(zhì)因數(shù)Q值，因此要達(dá)到實(shí)現(xiàn)寬帶調(diào)諧的同時(shí)保證相位噪聲的目的，需要反復(fù)調(diào)整電感的形狀尺寸以及MOS開關(guān)管的尺寸，設(shè)計(jì)難度很大。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：針對現(xiàn)有寬帶振蕩器調(diào)諧技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種毫米波寬帶數(shù)控振蕩器，實(shí)現(xiàn)帶寬更大、寄生電容更小和芯片面積更小。

技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的一種毫米波寬帶數(shù)控振蕩器采用如下技術(shù)方案：

毫米波寬帶數(shù)控振蕩器包括LC諧振腔和負(fù)阻電路；LC諧振腔采用電感調(diào)諧和電容調(diào)諧協(xié)同工作的寬帶調(diào)諧機(jī)制，其中，電感調(diào)諧由基于互感開關(guān)的片上變壓器實(shí)現(xiàn)；電容調(diào)諧分為三級：電容粗調(diào)電路、電容中調(diào)電路和電容精調(diào)電路，電容粗調(diào)電路由開關(guān)電容陣列構(gòu)成；電容中調(diào)電路以及電容精調(diào)電路均由離散電壓控制可變電容構(gòu)成。

其中，

所述基于互感開關(guān)的片上變壓器結(jié)構(gòu)為：互感開關(guān)的第零輸出端與第一輸出端分別連接到片上變壓器次級線圈的兩端，第一控制端接收由外部控制電路提供的控制互感開關(guān)導(dǎo)通和截止的控制信號；片上變壓器初級線圈兩端分別連接到第二輸出端和第三輸出端，片上變壓器的中心抽頭連接電源電壓。

所述互感開關(guān)由第零NMOS管、第零反相器、第一電阻和第二電阻構(gòu)成，具有第零輸出端、第一輸出端和第一控制端；第零NMOS管的柵極連接第一控制端和第零反相器輸入端，漏極連接第零輸出端，源極連接第一輸出端；第一電阻一端連接至第零反相器輸出端，另一端連接第零輸出端；第二電阻一端連接至第零反相器輸出端，另一端連接第一輸出端。

所述基于互感開關(guān)的片上變壓器的T模型的輸入阻抗Z_in為：