一种Class-F2压控振荡器制造技术

本发明专利技术公开了一种Class‑F2压控振荡器，不需要通过设计特殊结构的电感并结合单端电容谐振来实现差分和共模同时达到高阻，而是通过简单的使用工艺库自带的差分电感结合浮地接法的电容得到差分阻抗高阻，通过在电感的中心抽头到电源之间串联一个电阻得到共模高阻，由于无需额外设计电感，降低了设计的复杂度，提高了准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种Class-F2压控振荡器
本专利技术涉及Class-F2压控振荡器领域，特别是涉及一种Class-F2压控振荡器。
技术介绍
随着通信技术日新月异的发展，特别是近几年来汽车雷达、5G通信、物联网等技术的推演，对频率源的性能要求越来越高。压控振荡器(voltagecontrolledoscillator，VCO)作为频率源的核心，其性能很大程度决定了频率源的质量，因此高性能的VCO设计面临极大的需求与挑战；为了提高VCO各方面的性能，科研界与工业界在一直攻克各种技术难点，提出了许多的新颖的VCO结构。2013年意大利Pavia大学的LucaFanori提出一种Class-D结构的VCO，这种结构的VCO结构简单，供电电压很低因此降低了功耗，但是这种结构的在低频段相位噪声性能很差，闪烁噪声拐角频1/f3拐点很高。为了改善这个问题，2015年代尔夫特理工的MinaShahmohammadi在其基础上提出了一种Class-F2结构的VCO，其原理图如图1所示。其中L1是一种特殊结构的电感，其版图如图2所示，这种结构通过调整差分电感2圈线圈的间距d使差分电感值达到共模电感值的4倍，并将电容Cvar接地形成单端电容，从而使得在宽频带范围内整个谐振腔差模和共模均能形成谐振，其典型的谐振腔频率响应如图3所示。在该方法中，由于相对传统的Class-D结构在共模形成了谐振，从而可以降低1/f3拐点，但是这种结构由于共模电感本身的Q值很低，会导致功耗增大；同时由于需要很好的设计电感，增大了设计难度，并且这种结构与对电源褪耦很敏感，电源引入的寄生效应会降低VCO性能。在上述所提到的传统Class-F2结构的VCO是通过独立设计Class-F2的电感，调整两圈之间的间距d使其差分电感达到共模电感的4倍，再通过与单端接地的电容谐振，同时达到差模和共模形成两个谐振点，但这样会加大设计的复杂度，是电路的鲁棒性降低，原因主要有以下几点：1)工艺厂商都会提供一些差分电感的模型，这些模型是工厂实际建模及测试的，准确度最高；而在Class-F2结构所用的电感是需要通过调整间距d来达到相应的性能。这种设计都是通过其他的仿真软件进行设计，这种设计带来的误差会很大，一旦仿真设计不准，会导致实际加工之后电感的性能与最终设计的会存在误差，会恶化电路的性能，重新去设计电感相对直接使用工艺库本身提供的电感，也会增加设计的复杂度，费时费力。2)Class-F2结构电感由于共模电感值相对差分电感值比较低，而固有的损耗电阻是一定的，因此会导致共模电感的Q值很低；如图3所示可看出，虽然在共模阻抗会形成一个谐振点，然而峰值点很低，因此对改善电路性能力有限。3)Class-F2结构的VCO主要是在共模增加了一个谐振点，并通过设计特殊电感结构实现共模频点谐振。在设计过程中，认为所设计的电感中心抽头是接到了理想的供电电源，然而在实际中会有走线的寄生电感以及金丝的引线电感，这些效应在设计中无法准确地仿真，只能通过添加许多的褪耦电容进行处理，然而一旦电源褪耦处理的不好会使电路的性能恶化许多，因此传统结构的鲁棒性不强。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种Class-F2压控振荡器，以解决传统的Class-F2压控振荡器设计复杂度高、准确性低以及整体电路对电源退耦的敏感性高的问题。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种Class-F2压控振荡器，包括：第一晶体管、第二晶体管、第一电容、第二电容、第一电源开关、第二电源开关、变容管串联串、第一电感、第一电阻以及电源；所述变容管串联串包括两个变容管；两个所述第一电容串联，形成第一电容串联串；所述第一电源开关设于两个所述第一电容之间；两个所述第二电容串联，形成第二电容串联串；所述第二电源开关设于两个所述第二电容之间；所述变容管串联串、所述第一电容串联串以及所述第二电容串联串并联；所述第一晶体管的栅极与第二电容串联串的一端、第一电容串联串的一端、所述变容管串联串的一端、第一电感的一端以及所述第一晶体管的漏极相连接；所述第一晶体管的源极与所述第二晶体管的源极相连接，且所述第一晶体管的源极以及所述第二晶体管的源极接地；所述第一晶体管的漏极分别与第二电容串联串的另一端、第一电容串联串的另一端、所述变容管串联串的另一端、第一电感的另一端以及所述第二晶体管的栅极相连接；所述第一电感的中心抽头与所述第一电阻的一端相连接；所述第一电阻的另一端与所述电源相连接。可选的，所述第一电源开关具体包括：控制电平、第三晶体管、第二电阻、第三电阻、第四电阻以及反相器；所述第三晶体管的栅极与所述第四电阻的一端相连接；所述第四电阻的另一端与分别与所述控制电平以及所述反相器的输入端相连接；所述第三晶体管的源极与所述第三电阻的一端相连接；所述第三电阻的另一端分别与所述第二电阻的一端以及所述反相器的输出端相连接；所述第三晶体管的漏极与所述第二电阻的另一端相连接。可选的，所述第一电阻、所述第二电阻、所述第三电阻以及所述第四电阻为千欧级电阻。可选的，所述第一晶体管、所述第二晶体管以及所述第三晶体管为N型金属氧化物半导体晶体管NMOS管。可选的，所述第一电容串联串、所述第二电容串联串以及所述变容管串联串采用浮地接法相连接。可选的，所述第一晶体管与所述第二晶体管为交叉耦合对，形成负阻。可选的，所述第一电容以及所述第二电容为工艺库提供的高于品质因数阈值的金属-氧化物-金属电容MOM电容。可选的，两个所述变容管为工艺库提供的变容管。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术提供了一种Class-F2压控振荡器，并未和传统的Class-F2压控振荡器一样通过设计特殊结构的电感并结合单端电容谐振来实现差分和共模同时达到高阻，而是通过简单的使用工艺库自带的差分电感结合浮地接法的电容得到差分阻抗高阻，通过在电感的中心抽头到电源之间串联一个电阻得到共模高阻；因为无需额外设计电感，降低了设计的复杂度，提高了准确性。此外，在本专利技术提出的Class-F2压控振荡器中，由于串联了一个额外第一电阻，导致了等效寄生电感的品质因数Q值变的很低，寄生电感的引入不会对共摸阻抗产生很大影响，因此减小了整体电路对电源退耦的敏感性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术所提供的传统的Class-F2压控振荡器原理图；图2为本专利技术所提供的传统的Class-F2压控振荡器的电感版图；图3为本专利技术所提供的传统的Class-F2压控振荡器的谐振腔频率响应曲线图；图4为本专利技术所提供的Class-F2压控振荡器电路图；图5为本专利技术所提供的第一电源开关或第二电源开关的电路原理图；图6为本专利技术所提供的Class-F2压控振荡器的谐振腔频率响应曲线图；图7在本专利技术所提供的电源褪耦不良好存在寄生电感的情况下的等效电路图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Class‑F2压控振荡器，其特征在于，包括：第一晶体管、第二晶体管、第一电容、第二电容、第一电源开关、第二电源开关、变容管串联串、第一电感、第一电阻以及电源；所述变容管串联串包括两个变容管；两个所述第一电容串联，形成第一电容串联串；所述第一电源开关设于两个所述第一电容之间；两个所述第二电容串联，形成第二电容串联串；所述第二电源开关设于两个所述第二电容之间；所述变容管串联串、所述第一电容串联串以及所述第二电容串联串并联；所述第一晶体管的栅极与第二电容串联串的一端、第一电容串联串的一端、所述变容管串联串的一端、所述第一电感的一端以及所述第一晶体管的漏极相连接；所述第一晶体管的源极与所述第二晶体管的源极相连接，且所述第一晶体管的源极以及所述第二晶体管的源极接地；所述第一晶体管的漏极分别与第二电容串联串的另一端、第一电容串联串的另一端、所述变容管串联串的另一端、所述第一电感的另一端以及所述第二晶体管的栅极相连接；所述第一电感的中心抽头与所述第一电阻的一端相连接；所述第一电阻的另一端与所述电源相连接。

【技术特征摘要】
1.一种Class-F2压控振荡器，其特征在于，包括：第一晶体管、第二晶体管、第一电容、第二电容、第一电源开关、第二电源开关、变容管串联串、第一电感、第一电阻以及电源；所述变容管串联串包括两个变容管；两个所述第一电容串联，形成第一电容串联串；所述第一电源开关设于两个所述第一电容之间；两个所述第二电容串联，形成第二电容串联串；所述第二电源开关设于两个所述第二电容之间；所述变容管串联串、所述第一电容串联串以及所述第二电容串联串并联；所述第一晶体管的栅极与第二电容串联串的一端、第一电容串联串的一端、所述变容管串联串的一端、所述第一电感的一端以及所述第一晶体管的漏极相连接；所述第一晶体管的源极与所述第二晶体管的源极相连接，且所述第一晶体管的源极以及所述第二晶体管的源极接地；所述第一晶体管的漏极分别与第二电容串联串的另一端、第一电容串联串的另一端、所述变容管串联串的另一端、所述第一电感的另一端以及所述第二晶体管的栅极相连接；所述第一电感的中心抽头与所述第一电阻的一端相连接；所述第一电阻的另一端与所述电源相连接。2.根据权利要求1所述的Class-F2压控振荡器，其特征在于，所述第一电源开关具体包括：控制电平、第三晶体管、第二电阻、第三电阻、第四电阻以及反相器；所述第三晶体管...

【专利技术属性】
技术研发人员：伍晶，彭羽，罗文玲，裘华英，
申请(专利权)人：伍晶，
类型：发明
国别省市：四川,51