跨导线性化宽带LC型压控振荡器及可调电容阵列电路制造技术

本发明专利技术公开了跨导线性化宽带LC型压控振荡器及可调电容阵列电路；一种跨导线性化宽带LC型压控振荡器，包括LC振荡电路及可调电容阵列电路一；其特征在于：该LC振荡电路包括PMOS管一、PMOS管二、三端差分电感一和偏置电路；所述PMOS管一的栅极通过交流耦合电容一连接到PMOS管二的漏极，PMOS管二的栅极通过交流耦合电容二连接到PMOS管一的漏极；三端差分电感一的对称两端分别与PMOS管一的栅极和PMOS管二的栅极连接，三端差分电感一的中间抽头端连接偏置电路；可调电容阵列电路一与三端差分电感一的对称两端并联连接；本发明专利技术可广泛应用在各种高频率本振锁相环系统中。

【技术实现步骤摘要】
跨导线性化宽带LC型压控振荡器及可调电容阵列电路
本专利技术涉及LC型压控振荡器，具体涉及跨导线性化宽带LC型压控振荡器及可调电容阵列电路。
技术介绍
压控振荡器是构成锁相环的重要组成部分，用于提供本振频率，构成锁相环环路。压控振荡器核心部份通常由有源的跨导器件和谐振回路构成，谐振回路通过反馈形成振荡。有源跨导器件则用来补偿谐振回路振荡的能量损失，从而产生持续稳定的振荡信号。压控振荡器作为锁相环的核心，起着提供本振频率的作用，其振荡频率与其控制电压成正比,为扩大其频率可调范围,还通常增加电容阵列。压控振荡器通常要求频率稳定度好，控制灵敏度高，调频范围宽，频偏与控制电压成线性关系并宜于集成等。并且由于锁相环的远端相位噪声主要由压控振荡器决定，所以对压控振荡器的相位噪声要求也愈加严格。由电感及电容构成谐振回路的LC型压控振荡器相位噪声性能要优于环形振荡器，在高性能的通信系统中应用非常广泛。提升LC型压控振荡器的相位噪声通常需要增大振荡幅度及减小有源器件自身的固有噪声。传统的LC型压控振荡器通常将MOS器件的栅极及漏极交叉耦合以构成有源跨导器件，由于LC型压控振荡器的振荡信号摆幅通常接近甚至超过电源电压，这使得在大信号工作条件下，在振荡频率周期内，MOS器件近半个周期都工作在三极管区，呈现出跨导非线性特性，无法获得较好的相位噪声特性。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供跨导线性化宽带LC型压控振荡器及可调电容阵列电路。本专利技术为了解决上述技术问题，本专利技术的第一个技术方案是：一种跨导线性化宽带LC型压控振荡器，包括LC振荡电路及可调电容阵列电路一；所述LC振荡电路用于产生振荡信号；其特征在于：该LC振荡电路包括PMOS管一、PMOS管二、三端差分电感一和偏置电路；所述PMOS管一的栅极通过交流耦合电容一进行隔直后连接到PMOS管二的漏极，PMOS管二的栅极通过交流耦合电容二进行隔直后连接到PMOS管一的漏极；三端差分电感一的对称两端分别与PMOS管一的栅极和PMOS管二的栅极连接，三端差分电感一的中间抽头端连接偏置电路；可调电容阵列电路一与三端差分电感一的对称两端并联连接。所述LC振荡电路用于产生持续稳定的振荡信号，为了实现有源跨导器件跨导线性化，采用了交流耦合电容将PMOS管一和PMOS管二的栅极及漏极隔断，并将LC振荡电路的谐振回路从传统的MOS器件漏极移至MOS器件栅极；为了给MOS器件的栅极提供必要的偏置电压，LC振荡电路的谐振回路的电感采用了三端差分电感，三端差分电感对称的两端端口横跨在MOS器件的栅极间，差分电感的中间抽头端口接偏置电压，以保证MOS器件的正常工作。由于具有交流耦合电容，从而可以给MOS器件栅极提供低于其漏极电压的偏置电压，在交流工作的情况下，采用容值较小的交流耦合电容，可以使MOS器件漏极的振荡幅度小于MOS器件栅极的振荡幅度，从而在振荡频率期间内，大大减小了MOS器件工作进入三极管区的时间，从而抑制MOS器件的非线性特性，实现MOS器件跨导线性化。同时，来自于MOS器件本身的噪声也得到了抑制：在振荡信号过零点时，由于此时振荡器的相位噪声灵敏度最高，器件噪声电压与其跨导成比例关系，当将LC振荡电路的谐振回路从传统的MOS器件漏极移至MOS器件栅极后，谐振回路上的有效跨导要比MOS器件本身的跨导小，因此，在在振荡信号过零点时，MOS器件噪声得到了有效的抑制。同时，由于给MOS器件的栅极提供了小于漏极电压的偏置电压，避免了MOS器件进入三极管区，这减小了谐振回路Q值的衰退，与传统的直接耦合结构相比，可以提供更大的振荡幅度，同时减小注入谐振回路的其它噪声。同时采用可调电容阵列保证压控振荡器的频率覆盖范围。根据本专利技术所述的跨导线性化宽带LC型压控振荡器的优选方案，该LC振荡电路还包括三端差分电感二、电压控制可变电容三、四和可调电容阵列电路二；三端差分电感二的对称两端分别与PMOS管一的漏极和PMOS管二的漏极连接，三端差分电感二的中间抽头端接地；电压控制可变电容三、四的负端同时连接外部控制端口，电压控制可变电容三、四的正端分别与PMOS管一的漏极和PMOS管二的漏极连接；可调电容阵列电路二与三端差分电感二的对称两端并联连接。根据本专利技术所述的跨导线性化宽带LC型压控振荡器的优选方案，所述可调电容阵列电路一包括2N个可调电容阵列子单元；N取≥1的正整数。根据本专利技术所述的跨导线性化宽带LC型压控振荡器的优选方案，所述可调电容阵列子单元由电容八、九、反相器一、二、NMOS管三以及电阻一、二、三构成；电容八的一端和电容九的一端分别连接三端差分电感一的对称两端，电容八的另一端接到NMOS管三的漏极，电容九的另一端接到NMOS管三的源极；反相器一的输入端接收外部数字控制信号，反相器一的输出信号为反相器二的输入信号，同时反相器一的输出信号通过电阻一为NMOS管三的栅极提供控制信号，反相器二的输出信号分别通过电阻二、三为NMOS管三的漏极和源极提供控制信号。根据本专利技术所述的跨导线性化宽带LC型压控振荡器的优选方案，所述偏置电路包括偏置电感和偏置电容；偏置电感与偏置电容并联连接，并联节点的一端接地，并联节点的另一端作为偏置电压输出端与三端差分电感一的中间抽头端连接。根据本专利技术所述的跨导线性化宽带LC型压控振荡器的优选方案，该LC振荡电路还包括电感三，该电感三的一端接电源，另一端同时与PMOS管一、PMOS管二的源极连接。本专利技术的第二个技术方案是，一种构成压控振荡器的可调电容阵列电路，其特征在于：该可调电容阵列电路包括2N个可调电容阵列子单元；N取≥1的正整数；所述可调电容阵列子单元由电容八、九、反相器一、二、NMOS管三以及电阻一、二、三构成；电容八的一端和电容九的一端分别连接对应的三端差分电感的对称两端，电容八的另一端接到NMOS管三的漏极；电容九的另一端接到NMOS管三的源极；反相器一的输入端接收外部输入数字控制信号，反相器一的输出信号为反相器二的输入信号，同时反相器一的输出信号通过电阻一为NMOS管三的栅极提供控制信号，反相器二的输出信号分别通过电阻二、三为NMOS管三的漏极和源极提供控制信号。本专利技术所述的跨导线性化宽带LC型压控振荡器的有益效果是：本专利技术通过采用交流耦合电容将MOS器件的栅极及漏极隔断，并将LC振荡电路的谐振回路从传统的MOS器件漏极移至MOS器件栅极，实现了MOS器件跨导线性化，优化了LC型压控振荡器的相位噪声特性；同时采用可调电容阵列电路来实现对振荡频率的离散控制，扩展了LC型压控振荡器的振荡频率范围；本专利技术与传统的LC型压控振荡器相比，具有工作频率高、频率范围宽、相位噪声低等优点，可广泛应用在各种高频率本振锁相环系统中。附图说明图1是跨导线性化宽带LC型压控振荡器结构图。图2是偏置电路的电路图。图3是可调电容阵列电路的电路图。图4是可调电容阵列电路子单元的电路图。图5是跨导线性化宽带LC型压控振荡器跨导随振荡幅度变化曲线。图6是跨导线性化宽带LC型压控振荡器输出振荡信号曲线图。图7是跨导线性化宽带LC型压控振荡器7GHz振荡频率下相位噪声曲线图。图8是跨导线性化宽带LC型压控振荡器振荡频率范围曲线图。具体实施方式参见图1至图4，一种跨导线性化宽带LC型压控振荡器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种跨导线性化宽带LC型压控振荡器，包括LC振荡电路及可调电容阵列电路一；所述LC振荡电路用于产生振荡信号；其特征在于：该LC振荡电路包括PMOS管一(MP1)、PMOS管二(MP2)、三端差分电感一(L1)和偏置电路；所述PMOS管一(MP1)的栅极通过交流耦合电容一(C1)连接到PMOS管二(MP2)的漏极，PMOS管二(MP2)的栅极通过交流耦合电容二(C2)连接到PMOS管一(MP1)的漏极；三端差分电感一(L1)的对称两端分别与PMOS管一(MP1)的栅极和PMOS管二(MP2)的栅极连接，三端差分电感一(L1)的中间抽头端连接偏置电路；可调电容阵列电路一与三端差分电感一(L1)的对称两端并联连接。

【技术特征摘要】
1.一种跨导线性化宽带LC型压控振荡器，包括LC振荡电路及可调电容阵列电路一；所述LC振荡电路用于产生振荡信号；其特征在于：该LC振荡电路包括PMOS管一(MP1)、PMOS管二(MP2)、三端差分电感一(L1)和偏置电路；所述PMOS管一(MP1)的栅极通过交流耦合电容一(C1)连接到PMOS管二(MP2)的漏极，PMOS管二(MP2)的栅极通过交流耦合电容二(C2)连接到PMOS管一(MP1)的漏极；三端差分电感一(L1)的对称两端分别与PMOS管一(MP1)的栅极和PMOS管二(MP2)的栅极连接，三端差分电感一(L1)的中间抽头端连接偏置电路；可调电容阵列电路一与三端差分电感一(L1)的对称两端并联连接。2.根据权利要求1所述的跨导线性化宽带LC型压控振荡器，其特征在于：该LC振荡电路还包括三端差分电感二(L2)、电压控制可变电容三、四和可调电容阵列电路二；三端差分电感二(L2)的对称两端分别与PMOS管一(MP1)的漏极和PMOS管二(MP2)的漏极连接，三端差分电感二(L2)的中间抽头端接地；电压控制可变电容三、四的负端同时连接外部控制端口，电压控制可变电容三、四的正端分别与PMOS管一(MP1)的漏极和PMOS管二(MP2)的漏极连接；可调电容阵列电路二与三端差分电感二(L2)的对称两端并联连接。3.根据权利要求1或2所述的跨导线性化宽带LC型压控振荡器，其特征在于：所述可调电容阵列电路一包括2N个可调电容阵列子单元；N取≥1的正整数。4.根据权利要求3所述的跨导线性化宽带LC型压控振荡器，其特征在于：所述可调电容阵列子单元由电容八、九、反相器一(11)、反相器二(12)、NMOS管三以及电阻一...

【专利技术属性】
技术研发人员：张陶，范麟，万天才，刘永光，徐骅，吴炎辉，
申请(专利权)人：重庆西南集成电路设计有限责任公司，中国电子科技集团公司第二十四研究所，
类型：发明
国别省市：重庆,50