一种低相位噪声的双谐振腔噪声滤波压控振荡器制造技术

本发明专利技术涉及一种低相位噪声的双谐振腔噪声滤波压控振荡器，属于微波集成电路设计技术领域。由交叉耦合对管、固定电容阵列、可变电容阵列、源漏耦合变压器以及二次谐波阻挡电路组成。交叉耦合对管由两个对称的射频晶体管组成，用来补偿电感电容谐振腔中的损耗，固定电容阵列由2对被外部数字码控制的电容组成，可变电容阵列由一对变容管组成，源漏耦合变压器由65nm工艺中的极厚第九金属层绕线组成，二次谐波阻挡电路由谐振在载波频率二倍频的电感电容谐振腔组成。本发明专利技术采用变压器耦合的源漏同向摆动以增大振荡器的摆幅，采用在振荡器底部串接二次谐波抑制电路，以抑制振荡器中二次谐波电流导致的闪烁噪声上的变频，从而降低了压控振荡器的相位噪声。

【技术实现步骤摘要】
一种低相位噪声的双谐振腔噪声滤波压控振荡器
本专利技术涉及一种低相位噪声的双谐振腔噪声滤波压控振荡器，属于微波集成电路设计

技术介绍
近年来，汽车电子及汽车毫米波雷达技术快速发展，逐步证明了毫米波在汽车雷达系统中的应用能力。未来的汽车将会装备多台雷达用于不同方向的探测，为了降低汽车雷达的成本，必须将雷达的信号发射和数据处理全部集成在一个互补金属氧化物(以下英文简称CMOS)工艺制造的片上系统上，其中需要用到一个高频的锁相环为接收和发射提供纯净的本振信号以减少相位噪声对于测距测速精度的影响。对于一个CMOS锁相环，相位噪声的主要来源是电荷泵和压控振荡器。其中，电荷泵决定锁相环的带内噪声，压控振荡器决定锁相环的带外噪声。但是，我们常常发现锁相环的带宽不过在百kHz量级，这个频段的压控振荡器闪烁噪声上变频恶化的相位噪声会在总体性能上体现出来。根据Hajimiri在1998年发表的文章《A.HajimiriandT.H.Lee,"Ageneraltheoryofphasenoiseinelectricaloscillators,"inIEEEJournalofSolid-StateCircuits,vol.33,no.2,pp.179-194,Feb.1998.》中的ISF理论，闪烁噪声上变频将导致压控振荡器输出波形的不对称以及ISFeff,dc增大，所以需要采用一些技术降低。2016MinaShahmohammadi在《M.Shahmohammadi,M.BabaieandR.B.Staszewski,"A1/fNoiseUpconversionReductionTechniqueforVoltage-BiasedRFCMOSOscillators,"inIEEEJournalofSolid-StateCircuits,vol.51,no.11,pp.2610-2624,Nov.2016.》中用定性的方法说明了ISFeff,dc增大主要是由于振荡波形中2次谐波电流导致的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种低相位噪声的双谐振腔噪声滤波压控振荡器，以抑制二次谐波电流的方法来降低ISFeff,dc，改善压控振荡器的相位噪声性能。本专利技术提出的低相位噪声的双谐振腔噪声滤波压控振荡器，包括交叉耦合对管M1、M2、固定电容阵列、可变电容阵列、源漏耦合变压器以及二次谐波阻挡电路；所述的固定电容阵列与可变电容阵列并联，固定电容阵列与可变电容阵列并联后的两端分别接在双谐振腔噪声滤波压控振荡器的输出结点，该输出结点即交叉耦合对管的漏极，同时该输出结点分别与源漏耦合变压器的外圈端口相接，源漏耦合变压器的源极与源漏耦合变压器的内圈端口相接，源漏耦合变压器的电压偏置抽头p5接电源，源漏耦合变压器的地抽头p6与二次谐波阻挡电路的一端相连接，二次谐波阻挡电路的另一端接地。上述双谐振腔噪声滤波压控振荡器，其中：所述的交叉耦合对管由两个对称的射频晶体管M1和M2组成，NMOS晶体管M1的栅极接源漏耦合变压器变压器外圈L1的输入节点p2，M1的漏极接变压器外圈L1的输入节点p1，NMOS晶体管M1的栅极接源漏耦合变压器内圈L2的输入节点p3；NMOS晶体管M2的栅极接源漏耦合变压器变压器外圈L1的输入节点p1，M2的漏极接源漏耦合变压器变压器外圈L1的输入节点p2，NMOS晶体管M2的栅极接源漏耦合变压器变压器内圈L2的输入节点p4，交叉耦合对管用来补偿电感电容谐振腔中的损耗以维持振荡；所述的固定电容阵列，由四个电容C1、C2、C3、C4，分别与四个电容C1、C2、C3、C4端接的四个电阻R1、R2、R3、R4，两个开关晶体管MC0和MC1，以及两个反相器F0和F1组成；所述电容C1与所述电阻R1的一端相连，电阻R1的另一端与反相器F0的输出端相连，反相器F0的输出端与电阻R2的一端相连，电阻R2的另一端与所述开关晶体管MC0的漏极相连，开关晶体管MC0的漏极同时与电阻R1的另一端相连；所述电容C3的一端与电阻R3的一端相连，电阻R3的另一端与反相器F1的输出端相连，反相器F1的输出端同时与电阻R4的一端相连，电阻R4的另一端与开关晶体管MC1的漏极相连，开关晶体管MC1的漏极同时与所述电阻R3的另一端相连；当从所述振荡器外部输入的数字控制信号c0＝1时，所述电容C1的另一端和电容C2的另一端通过输入端口p1、p2接入双谐振腔噪声滤波压控振荡器的谐振腔；当数字控制信号c0＝0时，电容C1的另一端和电容C2的另一端不接入谐振腔，当数字控制信号c1＝1时，电容C3的另一端和电容C4的另一端通过源漏耦合变压器外部线圈的输入端口p2、p1接入谐振腔；当从所述振荡器外部输入的数字控制信号c1＝0时，电容C3的另一端和电容C4的另一端不接入谐振腔，所述的固定电容阵列用于离散地调节振荡频率；所述的可变电容阵列由变容管CV1、变容管CV2、变容管CV3和变容管CV4构成，其中变容管CV1的栅端接输入端口p1，变容管的体端接控制端网线1，变容管CV2的栅端接输入端口p2，变容管CV2的体端接控制端网线1，变容管CV3的栅端接输入端口p3，变容管CV3的体端接控制端网线1，变容管CV4的栅端接输入端口p4，变容管CV4的体端接控制端网线1；所述的可变电容阵列用于连续地调节振荡频率；所述源漏耦合变压器包含6个端口：外圈L1的两个输出端口p1和p2分别与交叉耦合对管的射频晶体管M1和M2相连，内圈L2的两个输出端口p3和p4与交叉耦合对管的源极相连接，源漏耦合变压器的电压偏置抽头p5接电源，抽头地p6接地；所述源漏耦合变压器用于形成源漏同向的振荡波形；所述二次谐波阻挡电路，由电感电容谐振腔Ls和Cs组成，电感电容谐振腔Ls与电感电容Cs并联，电感电容谐振腔Ls与电感电容Cs并联后的一端与源漏耦合变压器的抽头地p6相连接，电感电容谐振腔Ls与电感电容Cs并联后的一端另一端接地；所述二次谐波阻挡电路用于抑制振荡器中的二次谐波电流。本专利技术提出的低相位噪声的双谐振腔噪声滤波压控振荡器，其优点是：1、本专利技术的低相位噪声的双谐振腔噪声滤波压控振荡器中，采用了变压器耦合带来的源漏同向摆动以增大振荡器的摆幅，因此降低了压控振荡器相位噪声。2、本专利技术采用了在振荡器底部串接二次谐波抑制电路的方法，以抑制二次谐波导致的闪烁噪声上的变频，进一步降低了压控振荡器的相位噪声。附图说明图1为本专利技术提出的低相位噪声的双谐振腔噪声滤波压控振荡器的电路原理图。图2为本专利技术的双谐振腔噪声滤波压控振荡器中固定电容阵列结构图。图3为采用二次谐波阻挡电路前后压控振荡器的ISF函数对比图。图4为采用二次谐波阻挡电路前后压控振荡器的相位噪声对比图。具体实施方式本专利技术提出的低相位噪声的双谐振腔噪声滤波压控振荡器，其电路原理图如图1所示，包括交叉耦合对管、固定电容阵列、可变电容阵列、源漏耦合变压器以及二次谐波阻挡电路；所述的固定电容阵列与可变电容阵列并联，固定电容阵列与可变电容阵本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低相位噪声的双谐振腔噪声滤波压控振荡器，其特征在于双谐振腔噪声滤波压控振荡器包括交叉耦合对管M1、M2、固定电容阵列、可变电容阵列、源漏耦合变压器以及二次谐波阻挡电路；所述的固定电容阵列与可变电容阵列并联，固定电容阵列与可变电容阵列并联后的两端分别接在双谐振腔噪声滤波压控振荡器的输出结点，该输出结点即交叉耦合对管的漏极，同时该输出结点分别与源漏耦合变压器的外圈端口相接，源漏耦合变压器的源极与源漏耦合变压器的内圈端口相接，源漏耦合变压器的电压偏置抽头p5接电源，源漏耦合变压器的地抽头p6与二次谐波阻挡电路的一端相连接，二次谐波阻挡电路的另一端接地。/n

【技术特征摘要】
1.一种低相位噪声的双谐振腔噪声滤波压控振荡器，其特征在于双谐振腔噪声滤波压控振荡器包括交叉耦合对管M1、M2、固定电容阵列、可变电容阵列、源漏耦合变压器以及二次谐波阻挡电路；所述的固定电容阵列与可变电容阵列并联，固定电容阵列与可变电容阵列并联后的两端分别接在双谐振腔噪声滤波压控振荡器的输出结点，该输出结点即交叉耦合对管的漏极，同时该输出结点分别与源漏耦合变压器的外圈端口相接，源漏耦合变压器的源极与源漏耦合变压器的内圈端口相接，源漏耦合变压器的电压偏置抽头p5接电源，源漏耦合变压器的地抽头p6与二次谐波阻挡电路的一端相连接，二次谐波阻挡电路的另一端接地。


2.如权利要求1所述的双谐振腔噪声滤波压控振荡器，其特征在于，其中：
所述的交叉耦合对管由两个对称的射频晶体管M1和M2组成，NMOS晶体管M1的栅极接源漏耦合变压器变压器外圈L1的输入节点p2，M1的漏极接变压器外圈L1的输入节点p1，NMOS晶体管M1的栅极接源漏耦合变压器内圈L2的输入节点p3；NMOS晶体管M2的栅极接源漏耦合变压器变压器外圈L1的输入节点p1，M2的漏极接源漏耦合变压器变压器外圈L1的输入节点p2，NMOS晶体管M2的栅极接源漏耦合变压器变压器内圈L2的输入节点p4，交叉耦合对管用来补偿电感电容谐振腔中的损耗以维持振荡；
所述的固定电容阵列，由四个电容C1、C2、C3、C4，分别与四个电容C1、C2、C3、C4端接的四个电阻R1、R2、R3、R4，两个开关晶体管MC0和MC1，以及两个反相器F0和F1组成；所述电容C1与所述电阻R1的一端相连，电阻R1的另一端与反相器F0的输出端相连，反相器F0的输出端与电阻R2的一端相连，电阻R2的另一端与所述开关晶体管MC0的漏极相连，开关晶体管MC0的漏极同时与电阻R1的另一端相连；所述电容C3的一端与电阻R3的一端相连，电阻R3的另一端...

【专利技术属性】
技术研发人员：张雷，袁泽心，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11