一种低功率高性能的VCO电路制造技术

本发明专利技术公开了一种低功率高性能的VCO电路，包括带隙基准电路、低压差线性稳压电路LDO、电流转换器电路和环形振荡器电路，所述带隙基准电路、低压差线性稳压电路、电流转换器电路和环形振荡器电路从左至右依次连接，所述带隙基准电路用于提供不随温度和电源电压变化的基准电压，所述低压差线性稳压电路LDO用于将带隙基准产生电压加倍并使输出电压保持不变，所述电流转换器电路包括三层转换装置，所述环形振荡器电路由五级振荡器并联组成；本发明专利技术在低电压下输出频率高，随工艺变化小，频率可调范围大，压控振荡器的输出频率随温度的变化小，芯片成本低，电路结构简单，功耗低。

【技术实现步骤摘要】
一种低功率高性能的VCO电路
本专利技术涉及电路领域，具体涉及一种低功率高性能的VCO电路。
技术介绍
振荡器是一种用于产生正弦波、方波等重复信号的电子元件，广泛应用于通信、电子、航空航天、医学等各个领域；其中压控振荡器(VCO，Voltage-ControlledOscillator)由于可以提供随电压变化的振荡频率，成为射频电路的重要组成部分，也被称为调频其，用于产生调频信号，在现代通信技术、蓝牙技术等方面普遍采用，在电子通信
，VCO与电流源、运放具有同等重要的地位。最初的VCO都是采用分立元件组装而成的，随着通信领域对终端产品不断提出轻、薄、短、小等要求，并且要求低成本、高性能、能够大批量生产等，因此关于压控振荡器的研究主要集中在电路结构、性能、体积和制作成本等方面，并且发展方向是采用主流标准CMOS工艺的VCO电路的设计开发。目前压控振荡器主要包括LC压控振荡器、晶体压控振荡器和RC压控振荡器等三大类。其中LC压控振荡器是将压控元件——变容二极管放置在振荡回路中形成的；晶体压控振荡器则将变容二极管和石英晶体相串接而成的，由于这两种类型的VCO都无法兼容标准CMOS工艺，因此目前集成电路中大多采用RC压控振荡器，本专利技术针对RC压控振荡器。RC压控振荡器包括了普通RC充放电振荡器和环形振荡器两大类。在现有技术中，线性压控振荡器就是一种典型的RC充放电振荡器，这种类型的振荡器通过将电容上的电压与比较器的参考电压进行比较，得到周期性的振荡波形。RC充放电振荡器通常利用高电源电压来加快负载电容的充放电实现高频率；一旦电源电压降低，电场强度下降，半导体载流子移动速度变慢，开关速度也下降，从而导致频率降低。另外由于这种结构的VCO中采用电阻、电容等半导体器件，受工艺变化的影响，频率变化会比较大；另外由于增加了电阻、电容这些无源器件，导致集成电路加工过程中需要增加光刻掩膜层次，这样会大大增加芯片的成本。环形振荡器中的延时单元可以是多种多样的。第一类：全差分环形振荡器常采用三到五级的结构。现有技术中典型的差分环形振荡器采用了对称负载的差分延时单元和反馈-复制偏置电路；还有一种差分环形振荡器，其中延时单元采用了电阻等无源器件，通过调节交叉耦合晶体管对的电阻值来对压控振荡器进行频率调节。由于CMOS工艺条件下很难制作阻值精确的电阻，因此也可用PMOS管代替电阻，当PMOS管处于深线性区是，其导通电阻几乎为常数。第二类是由反相器构成的基本环形振荡器结构。反相器构成环形振荡器在普通的振荡器中非常普遍，其中反相器作为延时单元，这种振荡器中四级环路在某种工作状态下会出现锁死、无法振动的情形。为解决以上问题，在延时单元中添加了锁存器，可以打破锁死状态，增强了动态调节能力，实现电压控制频率的功能。以上两类环形振荡器的结构相对较复杂，这样导致VCO的芯片面积较大，另外以上几种结构的VCO功耗相对较大，反相器构成的基本环形振荡器结构尽管功耗较以上全差分环形振荡器要小，但电路结构也较复杂，芯片面积无法做到很小。第三类：为了简化结构，缩小面积，降低功耗，采用一些特殊的延时单元，有在VCO中采用了CMOS传输门的结构作为延时单元；另外还采用了施密特触发器，在满足振荡条件的情况下起到相位反转和整形的作用。该种压控振荡器采用了传输门作为压控电阻，但由于MOS管导通电阻取决于管子的宽长比，而管子宽长比受制于加工等因素限，这种结构的VCO其频率可调范围较小，很多应用情况下都无法满足。另外，现有技术中，VCO输出频率会随着温度的变化而变化。举一个例子，在室温下，输出频率为20MHz时，传统的VCO的频率变化量约为6.57MHz，而现有的VCO相对来说变化量已经较小了，但还是有0.9MHz，按百分比计算的话也达到了4.5％，这样的温度特性在很多VCO应用中也是无法接受的。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种低功率高性能的VCO电路，其在低电压下输出频率高，随工艺变化小，频率可调范围大，压控振荡器的输出频率随温度的变化小，芯片成本低，电路结构简单，功耗低。本专利技术所采用的技术方案是：一种低功率高性能的VCO电路，包括带隙基准电路、低压差线性稳压电路LDO、电流转换器电路和环形振荡器电路，所述带隙基准电路、低压差线性稳压电路、电流转换器电路和环形振荡器电路从左至右依次连接，所述带隙基准电路用于提供不随温度和电源电压变化的基准电压，所述低压差线性稳压电路LDO用于将带隙基准产生电压加倍并使输出电压保持不变，所述电流转换器电路包括三层转换装置，所述电流转换器电路第一层转换装置将所述低压差线性稳压电路LDO输出恒定电压转换成控制电流I1，所述电流转换器电路第二层转换装置将恒定电压控制电流I1转换到由电源电压控制电流I2，所述电流转换器电路第三层转换装置将电流I2转换成控制VCO频率的两个抑制电压VBP和VBN，所述环形振荡器电路由五级振荡器并联组成。优选的，所述带隙基准电路包括八个场效应管，所述八个场效应管包括四个N型场效应管和四个P型场效应管。优选的，所述包括低压差线性稳压电路LDO包括九个场效应管，所述九个场效应管包括五个N型场效应管和四个P型场效应管。优选的，所述电流转换器电路包括十个场效应管，所述十个场效应管包括五个N型场效应管和五个P型场效应管。优选的，所述环形振荡器电路共分为五级振荡器并联组成，包括二十四个场效应管，所述二十四个场效应管包括十二个N型场效应管和十二个P型场效应管。本专利技术达到的有益效果是：1、采用带隙基准模块后提升了VCO输出频率随温度变化的稳定性，适用于频率随温度变化要求非常小的场合；针对输出为350MHz这一中心频率进行温度特性的仿真，结果表明，温度在-40～125℃范围内，输出中心频率变化约为0.18％，远小于其它VCO结构。2、采用LDO模块后，将带隙基准产生的1.25V电压增加为2.5V。通常低电压情况下环形振荡器的偏置电流较小，从而增加上升、下降时间，使得翻转变慢，从而影响频率的可调范围。随着工作电压的提高，偏置电流也得到提高，使得频率的可调范围非常大。3、通过采用特殊的电流转换器，使得控制电压VT与电流I1成线性关系，而由I1镜像得到的VCO控制电流I2与控制电压VT之间是一个线性关系，且不随电源电压VDD的变化而变化，通过产生稳定可控的偏置电流提高了VCO输出频率的线性度，并且较适合低电压；从输出频率随输入控制端电压变化曲线图可以看出，当电源电压在1.2～3V之间变化时，VCO输出频率范围可达到200～500MHz，VCO频率受控范围较宽，可满足不同应用对频率变化的要求。4、在电流抑制型环形振荡结构中，由于反相器尺寸较小，这样可以降低每个OSC节点的寄生电容。当电容减小后，达到一定频率所需要的电流就会降低，即可以在一定的偏置电流下提高输出频率，也利于VCO输出频率的稳定性，并且采用这样的设计可以极大的降低电路的功耗。另外这种结构能够有效抑制环境噪声包括电源和衬底噪声的影响，具有良好的抗噪能力。5、整个VCO电路结构简单，可以有效节省芯片面积；采用0.35μm工艺；整个VCO的面积只有0.02mm2；VCO的芯片面积小；另外整个VCO中只采用标准CMOS工艺中的有源器件，一方面进一步降本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低功率高性能的VCO电路，其特征在于，包括带隙基准电路、低压差线性稳压电路LDO、电流转换器电路和环形振荡器电路，所述带隙基准电路、低压差线性稳压电路、电流转换器电路和环形振荡器电路从左至右依次连接，所述带隙基准电路用于提供不随温度和电源电压变化的基准电压，所述低压差线性稳压电路LDO用于将带隙基准产生电压加倍并使输出电压保持不变，所述电流转换器电路包括三层转换装置，所述电流转换器电路第一层转换装置将所述低压差线性稳压电路LDO输出恒定电压转换成控制电流

【技术特征摘要】
1.一种低功率高性能的VCO电路，其特征在于，包括带隙基准电路、低压差线性稳压电路LDO、电流转换器电路和环形振荡器电路，所述带隙基准电路、低压差线性稳压电路、电流转换器电路和环形振荡器电路从左至右依次连接，所述带隙基准电路用于提供不随温度和电源电压变化的基准电压，所述低压差线性稳压电路LDO用于将带隙基准产生电压加倍并使输出电压保持不变，所述电流转换器电路包括三层转换装置，所述电流转换器电路第一层转换装置将所述低压差线性稳压电路LDO输出恒定电压转换成控制电流I1，所述电流转换器电路第二层转换装置将恒定电压控制电流I1转换到由电源电压控制电流I2，所述电流转换器电路第三层转换装置将电流I2转换成控制VCO频率的两个抑制电压VBP和VBN，所述环形振荡器电路由五级振荡器并联组...

【专利技术属性】
技术研发人员：居水荣，石径，王天赦，
申请(专利权)人：江苏信息职业技术学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32