具有低相位噪声的压控振荡器制造技术

一种压控振荡器，其包含： 一ＬＣ谐振回路； 一负阻发生器，电连接到该ＬＣ谐振回路，用来产生可调制频率的正弦波；以及 一噪声抑制回路，其包含一Ｔ形电阻电路，连接于该负阻发生器，用来提供偏置并可降低相位噪声。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术提供一种振荡器，特别指一种能降低振荡器内的相位噪声并提高振荡器信噪比的振荡器电路结构。
技术介绍
高频差动式压控振荡器(high frequency differential voltagecontrolled oscillator，VCO)已经被广泛地应用于各种通信系统中，并可将此类压控振荡器运用于积体电路，更可达到通信系统轻、薄、短小的需求，而压控振荡器的优劣取决于其是否具有低相位噪声(phase noise)与高信噪比(signal to noise ratio，SNR)。请参考图1，图1为美国专利第6,064,277号中所公开的公知振荡器10的电路图。振荡器10是利用一驱动电路(drive circuit)12来驱动一LC谐振回路(LC tank)11。LC谐振回路11包含一电感L与一电容C，用来产生正弦波(sinusoidal wave)。驱动电路12包含二无源元件Z1、Z2，无源元件Z1、Z2可为电感或电阻。无源元件Z1、Z2分别连到两组晶体管Q1、Q2的基极，驱动电路12由一偏置电路14所驱动。一般说来，为了抑制振荡信号对偏置电路的干扰效应(interference effect)，无源元件Z1、Z2通常具有较高阻抗。然而，无源元件Z1、Z2并无法完全隔离该偏置电路所产生的噪声，并且，电阻性的无源元件Z1、Z2的高阻抗特性本身产生热噪声(thermal noise)并引进振荡器10中，并进而产生相位噪声。因此，公知振荡器10的相位噪声会因Z1、Z2的高电阻特性而提高。在上述公知振荡器10电路中，一检测电路13检测出振荡器10的振幅大小馈入具有积分特性的偏置电路14以输出一与振幅大小相对应的控制电压来调制驱动电路12的偏置点，进而达到最大的输出振幅且不造成晶体管过度饱和。然而，由于偏置电路14输出端噪声可因偶次谐波经由晶体管Q1、Q2所放大，所以相对的噪声电平(Noise Level)便提高了。此特点相对地劣化了振荡器的相位噪声。
技术实现思路
本专利技术的目的在于具有低相位噪声与高信噪比的压控振荡器。本专利技术的另一目的在于提供一共模补偿电路(common-mode compensationcircuit)，用来消除一LC谐振回路内共模节点上的共模噪声。该共模补偿电路是利用一对二极管来检测其差动输出端的共模信号，并通过一电压转电流的电路馈入该LC谐振回路的虚接地端(virtual ground)。如此可以补偿该振荡器内共模噪声在该振荡器的相位噪声上的影响。同时，该对二极管亦可避免压控振荡器中的负阻发生器的晶体管过饱和。该压控振荡器包含一可调制振荡频率的LC谐振回路、一电连接到该LC谐振回路的负阻发生器、一噪声抑制回路，该回路其包含一T-型电阻偏置网路，该T形电阻电路偏置网路是用来降低该LC谐振回路产生的相位噪声并进而提高该压控振荡器的信噪比。该压控振荡器还可利用一三角形电阻电路来取代先前的T形电阻电路。该三角形电阻电路包含二连接至基极偏置电路的第一电阻，用来偏置该负阻发生器的晶体管。该三角形电阻电路另包含一连接至该第一电阻的第二电阻，用来抑制正弦波发生器产生的相位噪声。附图说明图1为公知振荡器的电路图。图2为本专利技术压控振荡器的电路图。图3为图2压控振荡器中振荡电路的电路图。图4为图3振荡电路中的T型电阻电路被换成三角形电阻电路的电路图。图5为图4振荡电路中的三角形电阻电路的一变形电路图示。附图符号说明10 振荡器 11 LC谐振回路12 驱动电路 13 检测电路14 偏置电路 20 压控振荡器22、40 振荡电路 24 共模补偿电路 26输出缓冲器25、27 电流镜28LC谐振回路30 噪声抑制回路32负阻发生器34 T型电阻电路36三角形电阻电路具体实施方式请参考图2与图3。图2为本专利技术压控振荡器(voltage controloscillator，VCO)20的电路图。图3为压控振荡器20中振荡电路(oscillator core)22的电路图。振荡电路22包含一可调制振荡频率的LC谐振回路(tunable-frequency LC tank)28与一负阻发生器(negativeresistance generator)32，负阻发生器32可为一用来放大LC谐振回路28所产生的正弦波的正反馈电路(positive feedback circuit)。负阻发生器32中的晶体管Q11、Q12的基极偏置是由一T-型电阻电路34所提供。T型电阻电路34包含两个第一电阻R2a、R2b及一个第二电阻R3。第一电阻R2a、R2b的一端是分别连接至双极结型晶体管Q11、Q12的基极，如图3中所标示的M、N两点，而第一电阻R2a、R2b的另一端则同时连接至第二电阻R3的一端，如图3中所标示的N1点，而第二电阻R3的另一端则连接至一直流偏置电压(DC biasing voltage)Vbias，该直流偏置电压Vbias是通过T型电阻电路34来驱动负阻发生器32。除了振荡电路22之外，压控振荡器20尚包含一电性连至可调制振荡频率的LC谐振回路28与负阻发生器32的共模补偿电路(common-modecompensation circuit)24，共模补偿电路24中的A、B两点(如图2、3所示)与负阻发生器32中的A、B两点相连，且形成一反馈电路。共模补偿电路24另包含两个二极管D1、D2用来检测偶次谐波(even-harmonics)，该偶次谐波是由压控振荡器20于其差动端所产生的正弦波所引起的。假定流经可调制振荡频率的LC谐振回路28的节点Y的电流上升，使得可调制振荡频率的LC谐振回路28产生的正弦波的振幅变大，同时亦会使得谐波放大，而二极管D1、D2所检测偶次谐波的等效直流电压值将会使得P型金属氧化物半导体晶体管(metal oxide semiconductor transistor，MOStransistor)M2的栅极与漏极的电压上升。如此一来，流经晶体管M2的漏极电流便减小。经由电流镜(current mirror)27电路映像产生晶体管M1的漏极电流将被迫地减少，从而因这负补偿效应使得节点Y的电流下降。于是节点Y的电流就会趋于稳定，使得节点Y的虚拟接地(virtual ground)特性更为显著，此将进一步降低压控振荡器20的噪声产生。再者，二极管D1、D2尚连接至另一金属氧化物半导体晶体管M3的漏极，当双极结型晶体管Q11、Q12集极的瞬间电压低于该金属氧化物半导体晶体管M3漏极的电压达一预定值时，二极管D1、D2将会导通，所以双极结型晶体管Q11、Q12集极的电压将被箝制(clamp)在某一特定的电压，从而防止双极结型晶体管Q11、Q12发生过饱和现象。当晶体管Q11、Q12进入过饱和时，等效于可调制振荡频率的LC谐振回路28的Q值将劣化，于是乎压控振荡器20的相位噪声将增加。是后，压控振荡器20还包含一输出缓冲器(output buffer)26用来降低压控振荡器20后端的输出负载上的负载效应(loading effect)，输出缓冲器26是经由A、B与负阻发生器32的A、B相连。输出缓冲器的作用26是一电压跟随器(source follower本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄尊禧，
申请(专利权)人：络达科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：