[發明專利]一種基于MEMS諧振器的低功耗高分辨率寬帶可調振蕩器

在審

• 申請號: 202110377356.7
• 申請日: 2021-04-08
• 公開（公告）號: CN113098503A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 左成杰;曹宇
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: H03L7/16
• 分類號: H03L7/16;H03L7/099
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 張乾楨

本發明公開了一種基于MEMS諧振器的低功耗高分辨率寬帶可調振蕩器，包括主體電路，調頻電路A、調頻電路B、調頻電路C；主體電路包括負電阻電路以及諧振腔，其中諧振腔包括MEMS諧振器X1、電容C13、電容C14、片外電感L；負阻實現電路(1)和調頻電路A、B、C；所述諧振器X1依次和電容C13、片外電感L、電容C14形成串聯回路，所述片外電感L的兩端分別通過電容C7和電容C8與MOS管M17、M18連接，形成調頻電路A；所述調頻電路B、調頻電路C均位于整體諧振腔的兩端。通過采用諧振器與片上電容與片外電感相互組合的方式以提高諧振腔的Q值，所以振蕩器可以獲得更好的相位噪聲和更低的功耗，采用A、B、C三處調頻以提高調頻范圍和分辨率。

技術領域

本發明涉及振蕩器技術領域，特別是涉及一種基于MEMS諧振器的低功耗高分辨率寬帶可調振蕩器。

背景技術

鎖相環在射頻無線通信，光纖通信，高速有線通信等領域中占有重要位置。而振蕩器又是鎖相環中不可或缺的部分，而相位噪聲又是振蕩器的一個重要指標，為獲得好的相位噪聲，可用片上電感搭配電路做成振蕩器，但由于工藝限制，電感的難以提高使得振蕩器相位噪聲的改善受限。

而射頻MEMS諧振器具有高的Q值，用其實現振蕩器可以很大程度地降低相位噪聲；但由于較低的機電耦合系數難以實現寬帶調諧，傳統的方法是采用有源電路實現負電容從而實現寬帶調諧，但缺點是由于負電容的不理想惡化了諧振器的且電路的功耗過大。為此，提出一種基于MEMS諧振器的低功耗高分辨率寬帶可調振蕩器。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提供一種基于MEMS諧振器的低功耗高分辨率寬帶可調振蕩器，通過采用諧振器與片上電容與片外電感相互組合的方式以提高諧振腔的Q值，可獲得更好的相位噪聲，同時降低電路功耗。

為解決上述技術問題，本發明提供如下技術方案：一種基于MEMS諧振器的低功耗高分辨率寬帶可調振蕩器，包括主體電路，調頻電路A、調頻電路B、調頻電路C；主體電路包括負電阻電路以及諧振腔，其中諧振腔包括MEMS諧振器X1、電容C13、電容C14、片外電感L；負阻實現電路(1)和調頻電路A、B、C；所述諧振器X1依次和電容C13、片外電感L、電容C14形成串聯回路，所述片外電感L的兩端分別通過電容C7和電容C8與MOS管M17、M18連接,形成調頻電路A；所述調頻電路B、調頻電路C均位于整體諧振腔的兩端。

進一步的，當振蕩器頻率遠離諧振器X1的諧振頻率時，Q值逐漸減小且變化愈加平緩；趨近于電感的Q值，當振蕩器頻率逐漸向諧振器X1頻率逼近時，Q值逐漸變大，趨近于諧振器的Q值。

進一步的，調頻電路A用于寬帶調頻，為調粗；電容C9和C10變化時，調頻電路C的端口等效電容成比例縮小，用于提高調頻分辨率，為細調；調頻電路B范圍適中，用于連接粗調與細調，增加調頻的線性度。

進一步的，相位噪聲隨諧振腔的Q值及調頻電容Q值得影響，隨著振蕩頻率的減小，相位噪聲先增大后減小。

進一步的，所述調頻電路B包括電容C3-C6和MOS管M13-M16；MOS管M13的漏極連接電容C3，MOS管M14的漏極連接電容C4，然后兩者并聯；MOS管M15的漏極連接電容C5，MOS管M16的漏極連接電容C6，然后兩者并聯。

進一步的，所述調頻電路C同樣位于整體諧振腔的兩端，包括電容C9-C12和MOS管M9-M12以及電阻R1、R2；電容C11、C12交叉連接到MOS管M9、M10的柵極，M9、M10的柵極之間串聯電阻R1、R2；可調電容C9的一端連接在MOS管M9的源極和M11的漏極之間；可調電容C10的一端連接在MOS管M10的源極和M12的漏極之間；可調電容C9的另一端和可調電容C10連接。

作為本發明的一種優選技術方案，所述片外電感L在2GHz頻率處的Q值分別取60、70和80，當振蕩頻率增大時，Q值逐漸減小且變化愈加平緩；當振蕩頻率減小時，Q值逐漸變大。