射频电压控制振荡器及其设计的方法技术

本发明专利技术涉及一种射频电压控制振荡器及其设计方法。射频电压控制振荡器包含有差动振荡器以及串接式电流源。串接式电流源给差动振荡器提供恒定电流偏压。串接式电流源包含有第一已偏压晶体管、第二已偏压晶体管、以及低通滤波器。第一已偏压晶体管连接到差动振荡器。第二已偏压晶体管与第一已偏压晶体管串接。低通滤波器串接于第一与第二已偏压晶体管之间。本发明专利技术可以在具有较低系统成本以及复杂度的情况下有效地抵抗相位噪声。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术关于 一 种射频(radio frequency ， RF)电压控制振荡器(voltage controlled oscillators,以下简称VCO)，尤指具有低相位噪声的VCO及其设计 的方法。
技术介绍
数字手机应用的射频通信往往依赖模拟电路(analog circuit)来产生不同的 通道频率(channel frequency)。所以，VCO就变成了射频通信装置中很重要的 组件之一。例如，在发送器(transmitter)中，VCO用作是主振荡器(master oscillator),而在接收器(receiver)中，VCO就用作是本地振荡器(local oscillator)。在VCO内嵌到芯片内的频率合成器(frequency synthesizer)的过程中，最 需要克服的困难之一是伴随着产生的大量的相位噪声(phase noise)。相位噪声 一般指的是波形信号的相位发生快速、短暂、且随机出现的扰动， 一般是因 为时域(time domain)中不稳定(instability)现象引起的，且大多数存在于VCO 使用的主动组件中。这种低频率噪声信号，当出现在双极型接面晶体管(bipolar) 或是金属氧化物半导体(metal oxide semiconductor,以下简称MOS)晶体管时， 常常也称为闪烁噪声(flickernoise)、或是简称为噪声。与那些以固定电压来偏压的VCO相比，以固定电流进行偏压的VCO会 对来自电源的共模(commonmode)扰动有比较高的抵抗性，对于工艺条件的偏 差比较不敏感，且具有比较高的电压振幅。然而，在恒定电流源中的主动组 件中所产生的噪声，会被升频(up-converted)而混入VCO的一个电感电容槽 (LCtank)中，因此恶化或是增加了相位噪声。为了防止这种噪声的升频效应，需要使用各种主动或/和被动组件。图1显示现有技术中一种RF VCO的电路图，而其中有一个偏压双极型 晶体管(biased bipolar transistor) Bd用来当作一个尾端电流源，来对差动振 荡器(differential oscillator)进行偏压。业界已经普遍了解双极型晶体管具有相 当低的噪声。就算图1中的双极型晶体管Bd中的噪声被升频而混入上面的差 动振荡器，对于VCO的相位噪声的影响也是几乎可以忽略的。但是，如果要 在芯片上同时制造互补型金属氧化物半导体晶体管CMOS与双极型晶体管， 这样的工艺跟在芯片上只有制造互补型金属氧化物半导体晶体管CMOS的工 艺比较起来，是相当复杂而且昂贵的。图2是另一个现有技术的RF VCO的电路图。在图2中，有一个低通滤 波器(包含电感Ld与电容Cd)设置在差动振荡器与恒定电流源之间。而这样的 低通滤波器可以滤除来自恒定电流源的漏极的噪声。只是，实作上，电感Ld 和电容Cd必须要相当的大，才能够有效地把噪声拉到接地电源线去，而考虑 实际成本之下，这样大的电感Ld和电容Cd并不太可行。
技术实现思路
有鉴于此，需提供一种可有效抵抗相为噪声的电压控制振荡器。 本专利技术实施例提供一种射频电压控制振荡器，包含有差动振荡器以及串 接式电流源。串接式电流源提供恒定电流偏压到差动振荡器。串接式电流源 包含有第一已偏压晶体管、第二已偏压晶体管、以及低通滤波器。第一已偏 压晶体管连接到差动振荡器。第二已偏压晶体管与第一已偏压晶体管串接。 低通滤波器串接于第一与第二已偏压晶体管之间。本专利技术实施例提供一种设计射频电压控制振荡器的方法。设置差动振荡 器与串接式电流源，使串接式电流源提供恒定电流偏压，以驱动差动振荡器。 其中，串接式电流源包含有相互串接的两个已偏压主动组件以及低通滤波器。 低通滤波器串接于所述的两个已偏压主动组件之间。本专利技术可以在具有较低系统成本以及复杂度的情况下有效地抵抗相位噪声°附图说明图l显示现有技术RFVCO的电路图。 图2显示现有技术RF VCO的电路图。 图3为依据本专利技术所实施的电流偏置RFVCO的电路图。 图4为依据本专利技术所实施的另一电流偏置RFVCO的电路图。 图5为依据本专利技术所实施的电压偏置RFVCO的电路图。 图6绘示了三条曲线，分别表示图3-图5中RF VCO的输出信号的相位 噪声与来自基础频率f。的偏移频率的关系。图7显示了从图3-图5中RF VCO的输出端所探测到的输出波形。 图8显示了依据本专利技术所实施的RFVCO的电路图。 图9显示了依据本专利技术所实施的另一RFVCO的电路图。具体实施例方式图3是依据本专利技术所实施的电流偏置RFVCO IO的电路图。RFVCO 10 包含差动振荡器12以及串接式(cascaded)尾端电流源14。电感Ll与L2以及 电容Cl与C2 —起构成电感电容槽16，其决定了 RF VCO 10的基本共振频 率(fimdamental resonant frequency) fQ。电容Cl与C2之间的连接点可以当作 RJF VCO 10的一个频率控制端，其上的电压值的变化可以改变电容C1与C2 的电容值，因而决定了基本共振频率f。。交互耦合(cross-coupled)的晶体管对 18，包含有MOS晶体管Ml与M2，形成RF VCO 10的一个反馈电路(feedback circuit)。在晶体管对18中，MOS晶体管Ml的基极连接到MOS晶体管M2 的漏极，MOS晶体管M2的基极连接到MOS晶体管M1的漏极。串接式电流 源14由MOS晶体管MSI与MS2所构成，提供一个固定电流来驱动差动振 荡器12。MOS晶体管MS2的通道(cha皿el)最好能比MOS晶体管MS1宽且长。因 为噪声一般与通过MOS通道的电流密度呈正相关，有比较宽且长通道的MOS 晶体管MS2，电流密度就比较小，就可以有相对比较不明显的噪声。虽然MOS 晶体管MS1的噪声可能比较大，但是，噪声可以被串接结构所抵制(reject)或 是减少，从而会对差动振荡器12的输出波产生影响非常小、甚至可以忽略的 相位噪声。此外，较短的通道长度与较小的宽度也会形成一个较小电容值的 寄生漏极电容，也可以减低串接式电流源14的等效电容性负载，使其更接近 没有电容性负载的理想电流源。在高频的时候，MOS晶体管MS2的阻抗(impedance)会大幅的下降，主要 的原因是它的通道长与宽可以形成一个连接到交流信号接地(ac groimd)的大 寄生电容。所以，在高频的时候，这个大寄生电容会有效地把MOS晶体管 MS1的源极连接或是短路到交流信号接地。此时，图3中的串接结构就会变 得不再有效，因为MOS晶体管MS2仅提供很低的阻抗，所以没有办法提升 从差动振荡器12看进来的整体输出阻抗。无效的串接结构意味着无法抵制从 MOS晶体管MS1来的比较大的噪声。换句话说，RF VCO IO在高频时候的 相位噪声是比较严重的。图4是电流偏置RPVCO 20的电路图，包含差动振荡器12以及串接式电 流源24。图4与图3的差异之处仅仅在于多了 一个电感LS ，来当作串接MOS 晶体管MS1与MS2之间的低通滤波器。为了与图3中的串接式电流源14区 另廿，图4中的串接式电流源标示为24。在低频时，电感LS的阻抗为jcoL，并 且是几乎本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种射频电压控制振荡器，包含有：差动振荡器；以及串接式电流源，提供恒定电流偏压至所述的差动振荡器，所述的串接式电流源包含有：第一已偏压晶体管，连接到所述的差动振荡器；第二已偏压晶体管，与所述的第一已偏压晶体管串接；以及低通滤波器，串接于所述的第一与第二已偏压晶体管之间。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡明达，
申请(专利权)人：联发科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[]