一种微波单片集成压控振荡器调谐增益线性化的方法技术

本发明专利技术公开了一种微波单片集成压控振荡器调谐增益线性化的方法，包括耦合电感组，耦合电感组中的每个电感分别与一个变容管级联，其中一个变容管的基准电压由压控振荡器的电流源提供，其余变容管的基准电压由外接电源单独提供，所有变容管的调谐电压由调谐电压馈电源统一提供；所有变容管通过耦合电感组的磁耦合形成一个等效变容管整体，构成可调谐电感电容谐振器，通过调整外接电源，使可调谐电感电容谐振器对电压的调谐增益线性度得到改善，从而改善压控振荡器的调谐增益线性度。

【技术实现步骤摘要】
一种微波单片集成压控振荡器调谐增益线性化的方法
本专利技术涉及一种微波单片集成压控振荡器调谐增益线性化的方法，属于微波单片集成压控振荡器技术。
技术介绍
压控振荡器(VCO)是现代无线通信系统中的重要关键部件。其频率调谐范围、相位噪声、功耗等指标直接决定了锁相环频率综合器(PLL)的性能。调谐增益是VCO的一个重要性能指标，不仅决定了VCO的调谐范围，而且决定了PLL的传递函数等。一般要求调谐增益尽量低且恒定不变，从而保证PLL频率综合器具有良好的相位噪声性能，同时确保PLL环路具有较高的稳定性。对于电感电容压控振荡器(LC-VCO)，其调谐增益的非线性主要由变容管电容-电压非线性引起。传统的LC-VCO调谐增益线性化技术主要采用电容组(Cap-bank)的形式，但辅助选择电路较复杂，且在毫米波频段电路寄生效应恶化显著。另一类线性化方法是针对变容管非线性最强的区域进行补偿，从而使得整个调谐电压范围内具有较小的VCO调谐增益波动。但传统方法需要对并联的多个变容管提供多组调谐电压，电路实现较为复杂。因此，需要提出新型的变容管电容补偿方法，可以在微波单片集成电路上利用简单的电路结构对LC-VCO的调谐增益进行线性化补偿，以适应现代锁相环技术的要求。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种微波单片集成压控振荡器调谐增益线性化的方法，该方法通过耦合电感组对多个变容管进行等效叠加，对等效变容管的电压-电容特性进行线性化补偿，从而改善压控振荡器调谐增益的线性度指标。技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种微波单片集成压控振荡器调谐增益线性化的方法，包括耦合电感组，耦合电感组中的每个电感分别与一个变容管级联，其中一个变容管的基准电压由压控振荡器的电流源提供，其余变容管的基准电压由外接电源单独提供，所有变容管的调谐电压由调谐电压馈电源统一提供；所有变容管通过耦合电感组的磁耦合形成一个等效变容管整体，构成可调谐电感电容谐振器，通过调整外接电源，使可调谐电感电容谐振器对电压的调谐增益线性度得到改善，从而改善压控振荡器的调谐增益线性度。一种微波单片集成压控振荡器调谐增益线性化的方法，包括耦合电感组，耦合电感组包括第一电感、第二电感和第三电感，第一电感与第一变容管级联，第二电感与第二变容管级联，第三电感与第三变容管级联，一变容管的基准电压Vvar1由压控振荡器的电流源提供，第二变容管的基准电压Vvar2为第二外接电源，第三变容管的基准电压Vvar3为第三外接电源，第一变容管、第二变容管和第三变容管的调谐电压由调谐电压馈电源统一提供；第一变容管、第二变容管和第三变容管通过耦合电感组的磁耦合形成一个等效变容管整体，构成可调谐电感电容谐振器，通过调整基准电压Vvar2和基准电压Vvar3，使可调谐电感电容谐振器对电压的调谐增益线性度得到改善，从而改善压控振荡器的调谐增益线性度。具体的，所述压控振荡器为电容电感交叉耦合压控振荡器，耦合电感组的两端分别连接压控振荡器的负阻晶体管对的两端。本专利技术在一般微波单片集成压控振荡器的基础上，利用耦合电感组耦合多个变容管形成压控振荡器的可调谐电感电容谐振器；对多个变容管电压-电容(C-V)非线性区域进行补偿，从而改善变容管整体的C-V线性度特性，进而改善LC压控振荡器调谐增益的线性度指标。有益效果：本专利技术提供的微波单片集成压控振荡器调谐增益线性化的方法，与现有技术相比，具有如下优点：1、现有一类改善VCO调谐增益的方法是对多个变容管施加多个调谐电压，因此需要专门的电压生成电路；本专利技术使用单一调谐电压Vt对多个变容管进行调谐，避免了调谐电压附属电路，降低了电路复杂度。2、现有另一类改善VCO调谐增益的方法是利用隔直电容将一组不同大小的变容管构成的电容池(Cap-bank)耦合到LC谐振单元中，在微波高频段/毫米波频段，隔直电容的寄生效应显著，将恶化VCO性能；且需要专用电路对Cap-bank中的电容进行切换选择；本专利技术利用多重耦合电感组对多个变容管单元进行磁耦合，耦合电感组在微波高频段/毫米波频段的寄生效应较小，可以通过电磁仿真充分优化，且无需专用电路切换电容，降低了电路复杂度。附图说明图1为本专利技术中改善调谐增益线性度的压控振荡器电路图；图2为适合微波单片集成的多重耦合电感组结构图例；2(a)为在同一介质层实现平面多重耦合电感，2(b)为在多层介质中实现立体多重耦合电感；图3为传统LC谐振单元及变容管C-V非线性示意图；3(a)为传统电容电感谐振器等效电路，3(b)为单个变容管C-V非线性特性示意图，3(c)为传统电容电感谐振器频率调谐非线性特性示意图；图4为采用多重电感耦合变容管的LC谐振单元及变容管C-V线性度改善示意图；4(a)为采用多重电感耦合变容管的新型电容电感谐振器等效电路，4(b)为采用多重电感耦合变容管的新型电容电感谐振器频率调谐C-V线性度改善示意图；图5为微波单片集成压控振荡器调谐频率的测试图；图6为微波单片集成压控振荡器调谐增益的测试图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作更进一步的说明。如图1所示为一种微波单片集成压控振荡器调谐增益线性化的方法，包括耦合电感组1，耦合电感组1包括第一电感、第二电感和第三电感，第一电感与第一变容管2a级联，第二电感与第二变容管2b级联，第三电感与第三变容管2c级联，一变容管2a的基准电压Vvar1由压控振荡器的电流源5提供，第二变容管2b的基准电压Vvar2为第二外接电源，第三变容管2c的基准电压Vvar3为第三外接电源，第一变容管2a、第二变容管2b和第三变容管2c的调谐电压由调谐电压馈电源4统一提供；第一变容管2a、第二变容管2b和第三变容管2c通过耦合电感组1的磁耦合形成一个等效变容管整体，构成可调谐电感电容谐振器，通过调整基准电压Vvar2和基准电压Vvar3，使可调谐电感电容谐振器对电压的调谐增益线性度得到改善，从而改善压控振荡器的调谐增益线性度。所述耦合电感组1的两端分别连接压控振荡器的输入晶体管栅极和输出晶体管栅极，压控振荡器包括压控振荡器负阻管对(6a、6b)和压控振荡器输出放大器(7a、7b)。适合微波单片集成的多重耦合电感图例如图2所示，分别为平面耦合电感和多层耦合电感。本专利技术可以采用的多重耦合电感形式不限于此两例。本专利技术利用多重耦合电感将多个变容管进行电磁耦合，通过电感的中心抽头对变容管进行基准电压馈电，可以获得良好的射频去耦效果，降低直流电压馈电电路对VCO的射频影响。同时通过不同的基准电压Vvar1、Vvar2和Vvar3，使得电感组耦合下的多个变容管等效为一个变容管整体，在单一的调谐电压Vt变化范围内，显著改善等效变容管的C-V线性度，从而改善LC压控振荡器的调谐增益线性度。在图3中，对于传统LC压控振荡器中的谐振单元，由于采用变容管实现频率调谐，其电压-电容曲线在调谐范围的高/低端容易出现C-V非线性区，从而影响压控振荡器调谐增益(Kvco＝Δf/ΔV)的线性度。本专利技术采用多个变容管(var1、var2和var3)，由于变容管的电容是受两端电压差(Vt-Vvar)控制，因此，合理的分布基准电压Vvar1、Vvar2和Vvar3，就可以形成图4所示的C-V曲线图。由于单个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微波单片集成压控振荡器调谐增益线性化的方法，其特征在于：包括耦合电感组(1)，耦合电感组(1)中的每个电感分别与一个变容管级联，其中一个变容管的基准电压由压控振荡器的电流源(5)提供，其余变容管的基准电压由外接电源单独提供，所有变容管的调谐电压由调谐电压馈电源(4)统一提供；所有变容管通过耦合电感组(1)的磁耦合形成一个等效变容管整体，构成可调谐电感电容谐振器，通过调整外接电源，使可调谐电感电容谐振器对电压的调谐增益线性度得到改善，从而改善压控振荡器的调谐增益线性度。

【技术特征摘要】
1.一种微波单片集成压控振荡器调谐增益线性化的方法，其特征在于：包括耦合电感组(1)，耦合电感组(1)中的每个电感分别与一个变容管级联，其中一个变容管的基准电压由压控振荡器的电流源(5)提供，其余变容管的基准电压由外接电源单独提供，所有变容管的调谐电压由调谐电压馈电源(4)统一提供；所有变容管通过耦合电感组(1)的磁耦合形成一个等效变容管整体，构成可调谐电感电容谐振器，通过调整外接电源，使可调谐电感电容谐振器对电压的调谐增益线性度得到改善，从而改善压控振荡器的调谐增益线性度；所述耦合电感组(1)包括第一电感、第二电感和第三电感，第一电感与第一变容管(2a)级联，第二电感与第二变容管(2b)级联，第三电感与第三变容管(2c)级联，第一变容管(2a)的基准电压Vvar1(3a)由压控振荡器的电流源(5...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈喆，洪伟，陈继新，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32