一种高频宽带压控振荡器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种高频宽带压控振荡器，包括：输入缓冲单元、谐振单元,输出缓冲单元、负阻单元和尾电流源单元，运作方法为：输入缓冲单元接入控制电压，将电压信号传输至谐振单元；谐振单元根据电压信号产生振荡信号，并送至输出缓冲单元；输出缓冲单元对振荡信号进行缓冲，并输出振荡信号；负阻单元利用负阻产生的能量补偿谐振单元的损耗；尾电流源单元产生工作电流，阻止谐振回路中电流的二次谐波分量进入地，抑制偶次谐波及其附近的噪声。相对现有技术，本实用新型专利技术提高了振荡频率，增加了输出幅度，降低了相位噪声和偶次谐波噪声，提高了电流源的精度，满足毫米波频段信号源的性能要求。

A high frequency wideband voltage controlled oscillator

The utility model relates to a high frequency wideband voltage controlled oscillator, which includes the input buffer unit, the resonant unit, the output buffer unit, the negative resistance unit and the tail current source unit. The operation method is that the input buffer unit is connected to the control voltage, and the voltage signal is transmitted to the resonant unit, and the resonant unit generates an oscillating signal according to the voltage signal. The output buffer unit is sent to the output buffer unit; the output buffer unit buffers the oscillating signal and outputs the oscillating signal; the negative resistance unit uses the energy generated by the negative resistance to compensate the loss of the resonant unit; the tail current source unit produces the working current to prevent the two harmonic components of the current in the resonant circuit and suppress the couple harmonics, The noise near it. Compared with the existing technology, the utility model improves the oscillation frequency, increases the output amplitude, reduces the phase noise and even subharmonic noise, improves the precision of the current source, and meets the performance requirements of the millimeter wave frequency signal source.

【技术实现步骤摘要】
一种高频宽带压控振荡器
本技术涉及振荡器
，特别涉及一种高频宽带压控振荡器。
技术介绍
随着无线通信技术的快速发展以及人们对通信需求的不断提高，应用于毫米波的无线通信技术已成为近年来研究的热点。因此，作为无线通信中收发机的核心模块，锁相环频率综合器直接影响着整个系统的性能，而压控振荡器则是锁相环频率综合器的核心电路；压控振荡器(VCO，voltage-controlledoscillator)是指输出频率与输入控制电压有对应关系的振荡电路。目前，压控振荡器主要有两种实现形式，一种是环形(Ring)压控振荡器，一种是电感电容(LC)压控振荡器。相位噪声是决定信息传输质量和可靠性的重要参数。因此，VCO的相位噪声己经成为设计中最关心的指标。通常，压控振荡器的噪声源可以分为：器件噪声和外界干扰噪声。其中器件噪声包括热噪声和闪烁噪声，外界干扰噪声包括MOS管的衬底噪声和电源噪声。压控振荡器的噪声包括三部分：第一部分为谐振回路噪声，第二部分为交叉耦合管的噪声，第三部分为尾电流管的噪声。因此在设计时，要针对这几部分的噪声进行优化和处理。现有压控振荡器包括：LC谐振模块，由第一电感、第一电容、第二电容组成，用于产生压控振荡器所需振荡频率的振荡信号。负阻电路，采用NMOS差分耦合电路，提供负阻以补偿谐振回路的损耗，以维持振荡。尾电流源电路，采用闪烁噪声较小的PMOS作为尾电流源，提供振荡单元所需的振荡电流。传统LC压控振荡器，在高频频段上的相位噪声较差，输出幅度较低，远不能满足在毫米波频段上的性能要求。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种高频宽带压控振荡器，所要解决的技术问题是：在高频频段上的相位噪声较差，输出幅度较低，远不能满足在毫米波频段上的性能要求。本技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种高频宽带压控振荡器，包括：输入缓冲单元，接入控制电压，将电压信号传输至谐振单元；谐振单元，用于根据电压信号产生振荡信号，将振荡信号传输至输出缓冲单元；输出缓冲单元，用于对振荡信号进行缓冲，并输出振荡信号；负阻单元，用于产生负阻，利用负阻产生的能量补偿谐振单元的损耗；尾电流源单元，用于产生工作电流，阻止谐振回路中电流的二次谐波分量进入地，抑制偶次谐波附近的噪声，将工作电流通过负阻单元传输至谐振单元。本技术的有益效果是：谐振单元提高了振荡频率，增加了输出幅度，具备更大的工作频率范围；采用输出缓冲单元，将谐振单元与后级电路进行缓冲，减小了相位噪声，同时采用共源放大器结构的缓冲电路具有驱动负载的作用；尾电流源单元采用新型威尔逊电流源，并采用大电容滤波技术，其中共源共栅结构能够有效的增加输出阻抗，提高了电流源的精度，有效降低了偶次谐波噪声,满足在毫米波频段上的性能要求。在上述技术方案的基础上，本技术还可以做如下改进。进一步，所述输入缓冲单元包括电感L2，所述电感L2的一端接入控制电压，另一端与谐振单元连接。采用上述进一步方案的有益效果是：抑制输入电流的二次谐波分量进入交流地，防止恶化谐振回路的Q值。进一步，所述谐振单元包括电感L1、电容C1、电容C2、NMOS管M3和NMOS管M4，所述NMOS管M3的源极和漏极相连，并与所述电感L1的一端连接；所述NMOS管M4的源极和漏极相连，并与所述电感L1的另一端连接；所述NMOS管M3的栅极和NMOS管M4的栅极均与所述电感L2连接；所述电容C1和电容C2串联，所述电容C1和电容C2串联后与所述电感L1并联。采用上述进一步方案的有益效果是：提高了振荡频率，增加了输出幅度，具备更大的工作范围。进一步，所述输出缓冲单元包括NMOS管M7、NMOS管M8、电容C3、电容C4、电感L3、电感L4、电阻R1和电阻R2，所述NMOS管M7的漏极经电阻R1与电源VDD连接；所述NMOS管M7的栅极与所述电感L1的一端连接；所述NMOS管M7的源极接地；所述电容C4的两端分别与所述NMOS管M7的漏极和源极连接；所述电感L3的一端与NMOS管M7的漏极连接，另一端与第一输出端连接；所述NMOS管M8的漏极经电阻R2与电源VDD连接；所述NMOS管M8的栅极与所述电感L1的另一端连接；所述NMOS管M8的源极接地；所述电容C3的两端分别与所述NMOS管M8的漏极和源极连接；电感L4的一端与NMOS管M7的漏极连接，另一端与第二输出端连接。采用上述进一步方案的有益效果是：输出缓冲单元可以提高振荡电路与后级电路的隔离度，并产生较好的负载驱动。进一步，所述负阻单元包括PMOS管M1、PMOS管M2、NMOS管M5和NMOS管M6；所述PMOS管M1和PMOS管M2的漏极均与电源VDD连接，所述PMOS管M1的源极与所述PMOS管M2的栅极连接，所述PMOS管M2的源极与所述PMOS管M1的栅极连接，所述PMOS管M1的源极与所述电感L1的一端连接，和所述PMOS管M2的源极分别与所述电感L1的两另一端连接；所述NMOS管M5和NMOS管M6的源极均与所述尾电流源单元连接，所述NMOS管M5的栅极与所述NMOS管M6的源极连接，所述NMOS管M6的栅极与所述NMOS管M5的源极连接，所述NMOS管M5和NMOS管M6的漏极分别与所述电感L1的两端连接。采用上述进一步方案的有益效果是：能产生负阻，利用负阻产生的能量补偿谐振单元的损耗，保障谐振单元的震荡信号稳定输出。进一步，所述尾电流源单元包括NMOS管M9、NMOS管M10、NMOS管M11、NMOS管M12、NMOS管M13、电容C5、电容C6和电感L5，所述NMOS管M9的源极与NMOS管M10的漏极相连，所述NMOS管M9的源极接入电流源Iin；所述NMOS管M9的栅极与所述NMOS管M10的栅极相连，并与NMOS管M11的栅极连接；所述NMOS管M9的漏极、NMOS管M11的栅极、NMOS管M12的栅极和NMOS管M13的栅极均接入偏置电流源Ibias；所述NMOS管M12的漏极与其栅极连接；所述NMOS管M12的源极分别与所述NMOS管M13的源极和NMOS管M11的漏极连接；所述NMOS管M10的源极与所述NMOS管M11的源极均接地；所述电容C5的一端与所述NMOS管M6的源极连接，另一端接地；所述电容C6的一端与所述NMOS管M13的漏极连接，另一端接地；所述电感L5的一端与所述NMOS管M6的源极连接，另一端与所述NMOS管M13的漏极连接。采用上述进一步方案的有益效果是：尾电流源单元把二次谐波以上的偶次谐波滤除掉，抑制偶次谐波附近噪声对振荡器相位噪声的影响，降低了尾电流的沟道调制效应，减小了振荡器波形中的高次谐波失真，使振荡器的波形对称性提高。进一步，所述NMOS管M9、NMOS管M10、NMOS管M11和NMOS管M12的宽长比相同；所述NMOS管M13的宽长比大于所述NMOS管M9的宽长比。附图说明图1为本技术一种高频宽带压控振荡器的模块框图；图2为本技术一种高频宽带压控振荡器的电路原理图；图3为本技术尾电流源单元的运行原理图；图4为本技术一种高频宽带压控振荡器的振荡波形图；图5为本技术一种高频宽带压控振荡器的压控范围仿真图；图6为本技术一种高频宽带压控振荡器的相位噪声仿真图；图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高频宽带压控振荡器，其特征在于，包括：输入缓冲单元(1)，接入控制电压，将电压信号传输至谐振单元(2)；谐振单元(2)，用于根据电压信号产生振荡信号，将振荡信号传输至输出缓冲单元(3)；输出缓冲单元(3)，用于对振荡信号进行缓冲，并输出振荡信号；负阻单元(4)，用于产生负阻，利用负阻产生的能量补偿谐振单元(2)的损耗；尾电流源单元(5)，用于产生工作电流，阻止谐振回路中电流的二次谐波分量进入地，抑制偶次谐波附近的噪声，将工作电流通过负阻单元(4)传输至谐振单元(2)。

【技术特征摘要】
1.一种高频宽带压控振荡器，其特征在于，包括：输入缓冲单元(1)，接入控制电压，将电压信号传输至谐振单元(2)；谐振单元(2)，用于根据电压信号产生振荡信号，将振荡信号传输至输出缓冲单元(3)；输出缓冲单元(3)，用于对振荡信号进行缓冲，并输出振荡信号；负阻单元(4)，用于产生负阻，利用负阻产生的能量补偿谐振单元(2)的损耗；尾电流源单元(5)，用于产生工作电流，阻止谐振回路中电流的二次谐波分量进入地，抑制偶次谐波附近的噪声，将工作电流通过负阻单元(4)传输至谐振单元(2)。2.根据权利要求1所述一种高频宽带压控振荡器，其特征在于，所述输入缓冲单元(1)包括电感L2，所述电感L2的一端接入控制电压，另一端与谐振单元(2)连接。3.根据权利要求2所述一种高频宽带压控振荡器，其特征在于，所述谐振单元(2)包括电感L1、电容C1、电容C2、NMOS管M3和NMOS管M4，所述NMOS管M3的源极和漏极相连，并与所述电感L1的一端连接；所述NMOS管M4的源极和漏极相连，并与所述电感L1的另一端连接；所述NMOS管M3的栅极和NMOS管M4的栅极均与所述电感L2连接；所述电容C1和电容C2串联，所述电容C1和电容C2串联后与所述电感L1并联。4.根据权利要求3所述一种高频宽带压控振荡器，其特征在于，所述输出缓冲单元(3)包括NMOS管M7、NMOS管M8、电容C3、电容C4、电感L3、电感L4、电阻R1和电阻R2，所述NMOS管M7的漏极经电阻R1与电源VDD连接；所述NMOS管M7的栅极与所述电感L1的一端连接；所述NMOS管M7的源极接地；所述电容C4的两端分别与所述NMOS管M7的漏极和源极连接；所述电感L3的一端与NMOS管M7的漏极连接，另一端与第一输出端连接；所述NMOS管M8的漏极经电阻R2与电源VDD连接；所述NMOS管M8的栅极与所述电感L1的另一端连接；所述NMOS管M8的源极接地；所述电容C3的两端分别与所述NMOS管M8的漏极和源极连接；所述电感L4的一端与NMOS管M7的漏极连接，另一端与第二输出端连接。5.根据权利要求3所述一...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓然，蒋品群，宋树祥，连天培，庞中秋，
申请(专利权)人：广西师范大学，
类型：新型
国别省市：广西,45