基于电容补偿的低幅度误差低相噪射频压控振荡器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种基于电容补偿的低幅度误差低相噪射频压控振荡器，它包括一个压控振荡器核、一组缓冲器和一组补偿电容。压控振荡器核是一对改进型串行正交压控振荡器结构电路，分别由各自的ＬＣ谐振回路、两个开关管、两个耦合管以及一个恒流源组成；每个改进型串行正交压控振荡器的两路耦合管和开关管为串联电路，两个耦合管的漏极分别与ＬＣ谐振回路的两ＬＣ接点相连，两个开关管的源极相连，两个开关管的栅极分别交叉与两个耦合管的源极相连，两个耦合管的栅极和漏极Ｑ↓［＋］、Ｑ↓［－］、Ｉ↓［＋］、Ｉ↓［－］作为压控振荡器的四个输出端。本实用新型专利技术拉低反馈点电压，大大降低电路的功耗，保持良好的低相位噪声，有效减小输出本振信号的幅度误差。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于电子
，涉及一种射频压控振荡器，尤其涉及一种 基于电容补偿的低幅度误差低相噪射频压控振荡器。背条技术随着无线通信技术的高速发展，对低成本、高性能、高集成度的无线收发 器的需求也越来越多，因此对无线收发系统的各个组成模块提出了更高的要求。射频压控振荡器(vco)是无线通信收发器中基于锁相环频率综合器的核心模块，其频率调谐范围、相位噪声、线性度、增益、幅度误差和相位误差是重要 性能参数，对于便携供电型设备它的功耗性能也是关键指标。目前已有技术的压控振荡器按电路结构可以分为环形压控振荡器和LC振荡器两种，环形压控振 荡器为多个差分延迟单元首尾相连组成的环路结构，相位噪声性能劣于LC压控 振荡器。射频LC压控振荡器都采用由两个负跨导压控振荡器组成的正交耦合电 路结构，通过两个负跨导压控振荡器的相互耦合，直接产生两组正交信号。典 型的LC正交压控振荡器有串行和并行两种电路形式，串行LC正交压控振荡器 电路原理图如图1所示，各臂的耦合管M5 M8分别与同臂的开关管M1 M4串 联；并行LC正交压控振荡器电路原理图如图2所示，其各臂的耦合管M5 M8 分别与同臂的开关管M1 M4并联。已有技术的串行LC正交压控振荡器电路结 构的反馈点电压较高，振荡器电路功耗较大，难以实现低功耗；而已有技术的 并行LC正交压控振荡器，由于谐振回路Q值较低，难以获得低相位噪声。
技术实现思路
本技术主要解决正交压控振荡器的经典结构不能同时具有低相位噪声和低功耗性能，而且输出的本振信号幅度误差不够小的技术问题；提供一种既 具有低相位噪声性能又具有低功耗性能，同时输出低幅度误差本振信号的基于 电容补偿的低幅度误差低相噪射频压控振荡器。本技术的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的本实用 新型包括一个双LC谐振回路的压控振荡器，还包括一组缓冲器和一组补偿电容， 所述的双LC谐振回路的压控振荡器是一个压控振荡器核；压控振荡器核是一对 改进型串行正交压控振荡器结构电路，一路串行正交压控振荡器由LC谐振回路、 开关管Ml和M2、耦合管M5和M6以及一个恒流源组成，反馈点在耦合管 M5和M6的源极，另一路串行正交压控振荡器由LC谐振回路、开关管M3和 M4、耦合管M7和M8以及一个恒流源组成，反馈点在耦合管M7和M8的源 极；每个改进型串行正交压控振荡器的两路耦合管和开关管为串联电路，两个 耦合管的漏极分别与LC谐振回路的两LC接点相连，两个开关管的源极相连， 两个开关管的栅极分别交叉与两个耦合管的源极相连，两个耦合管的栅极和漏 极Q+、 Q.、 I+、 I.作为压控振荡器的四个输出端；双LC谐振回路的电源端连接 直流电源VDD，另一公共端连接控制电压Vcorit。将原来经典串行正交压控振 荡器的开关管的交叉反馈点移到了耦合管的源极，从而拉低了反馈点电压，大 大降低了电路的功耗，并能保持良好的低相位噪声。作为优选,所述的压控振荡器核每路串行正交压控振荡器的四个输出端1+ 、I.、 Q+和Q.分别连接一个缓冲器的输入端，四个缓冲器的输出端中的三个输出端 1+ 、 I.、 Q+分别连接电容器C1、 C2和C3的正极，Cl、 C2和C3为补偿电容， Cl、 C2和C3的负极接地。偶合管的栅极、源极分别与各自的缓冲器的输入端相连，四个缓冲器的输出端作为压控振荡器的四个输出端。压控振荡器输出负 载变化会引起振荡频率的偏移和信号幅度的变化，称之为负载效应。为了使输 出信号获得稳定的直流偏置，使用了一级偏置缓冲器。在实际应用中，由于压控振荡器后需要驱动的负载都已经确定(如在GPS射频前端系统中的负载为一 个预分频器和一个下变频混频器)，所以在本技术中预先考虑这些负载效应 引起的频率偏差和幅度偏差，调整电感和电容的选值，使频率调谐范围和输出 幅度都符合设计要求。这样就节省了隔离缓冲器的功耗，使压控振荡器的总功 耗大大降低。压控振荡器在应用中通常需要驱动多个电路，并且要求压控振荡 器输出的本振信号有良好的匹配性(小的幅度误差和相位误差)，而负载不匹配 会引起压控振荡器输出幅度的不匹配。本技术通过在三个输出端加上比较 精确的补偿等效电容，消除负载不匹配因素，从而确保输出低幅度误差的本振 信号。电容补偿法结构简单并且有效。作为优选，所述的压控振荡器核的四个缓冲器的输出端的驱动负载为混频 器和预分频器，其四个输出端的1+ 、 I.、 Q+和Q.连接混频器的四个输入端，Q+ 和Q.连接预分频器的二个输入端。满足GPS射频前端系统的要求。作为优选，所述的缓冲器为单电源偏置缓冲器，由两个串联的MOS管和一 个电容器构成，电容器的负极串接在两个MOS管的串联接点，即缓冲器的输出 端，它将缓冲器的输入端与驱动负载隔离，调节两个MOS管宽长比改变偏置点， 使耗用电流降至最小。作为优选，所述的电容器C1、 C2和C3为金属型幅度匹配补偿电容，电容 器Cl、 C2和C3的取值范围在50fF 500fF。本技术的有益效果是通过上述电路的改进，本技术既具有低相 位噪声性能又具有低功耗性能，同时输出的本振信号幅度误差小，非常适合应用于全球定位系统(GPS)射频前端锁相环频率综合器中。附图说明图1是串行正交压控振荡器的典型电路图。 图2是并行正交压控振荡器的典型电路图。 图3是本技术的一种压控振荡器核的电路原理图。 图4是本技术的一种基于电容补偿的低幅度误差低相噪射频压控振荡 器电路原理框图。图5是本技术的缓冲器的一种电路原理图。图中l一压控振荡器核，11、 12—LC谐振回路，2—缓冲器，3—补偿电容， 4一混频器，5—预分频器。具体实施方式下面通过实施例，并结合附图，对本技术的技术方案作进一步具体的 说明。实施例1:本实施例的基于电容补偿的低幅度误差低相噪射频压控振荡器，如图3所示，包括一个双LC谐振回路的压控振荡器、 一组缓冲器2和一组补偿 电容3，双LC谐振回路的压控振荡器是一个压控振荡器核1;压控振荡器核1 是一对改进型串行正交压控振荡器结构电路， 一路串行正交压控振荡器由LC谐 振回路ll、开关管M1和M2、耦合管M5和M6以及一个恒流源组成，反馈点 在耦合管M5和M6的源极，另一路串行正交压控振荡器由LC谐振回路12、开 关管M3和M4、耦合管M7和M8以及一个恒流源组成，反馈点在耦合管M7 和M8的源极;每个改进型串行正交压控振荡器的两路耦合管和开关管为串联电 路，两个耦合管的漏极分别与LC谐振回路的两LC接点相连，两个开关管的源极相连，两个开关管的栅极分别交叉与两个耦合管的源极相连，两个耦合管的栅极和漏极Q+、 Q.、 I+、 I.作为压控振荡器的四个输出端；双LC谐振回路的电 源端连接直流电源VDD，另一公共端连接控制电压Vcont。压控振荡器核l每 路串行正交压控振荡器的四个输出端1+ 、 L、 Q+和Q.分别连接一个缓冲器2的 输入端，四个缓冲器2的输出端中的三个输出端1+ 、1.、Q+分别连接电容器C1、 C2禾BC3的正极，Cl、 C2和C3为补偿电容3， Cl、 C2和C3的负极接地。每 个缓冲器2为单电源偏置缓冲器，由两个串联的M0S管D1、 D2和一个电容器 C构成，电容器C的负极本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于电容补偿的低幅度误差低相噪射频压控振荡器，包括一个双ＬＣ谐振回路的压控振荡器，其特征在于还包括一组缓冲器（２）和一组补偿电容（３），所述的双ＬＣ谐振回路的压控振荡器是一个压控振荡器核（１）；　　　　压控振荡器核（１）是一对改进型串行正交压控振荡器结构电路，一路串行正交压控振荡器由ＬＣ谐振回路（１１）、开关管Ｍ１和Ｍ２、耦合管Ｍ５和Ｍ６以及一个恒流源组成，反馈点在耦合管Ｍ５和Ｍ６的源极，另一路串行正交压控振荡器由ＬＣ谐振回路（１２）、开关管Ｍ３和Ｍ４、耦合管Ｍ７和Ｍ８以及一个恒流源组成，反馈点在耦合管Ｍ７和Ｍ８的源极；每个改进型串行正交压控振荡器的两路耦合管和开关管为串联电路，两个耦合管的漏极分别与ＬＣ谐振回路的两ＬＣ接点相连，两个开关管的源极相连，两个开关管的栅极分别交叉与两个耦合管的源极相连，两个耦合管的栅极和漏极Ｑ↓［＋］、Ｑ↓［－］、Ｉ↓［＋］、Ｉ↓［－］作为压控振荡器的四个输出端；双ＬＣ谐振回路的电源端连接直流电源ＶＤＤ，另一公共端连接控制电压Ｖｃｏｎｔ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：乐建连，马成炎，
申请(专利权)人：杭州中科微电子有限公司，
类型：实用新型
国别省市：86[中国|杭州]