一种正交压控振荡器及锁相环频率综合器制造技术

本发明专利技术所述的一种正交压控振荡器及锁相环频率综合器，以两个差分压控振荡器ＶＣＯ为基础通过反相器组成的耦合电路而构成，输出正交信号，为了获得很好的正交性能，所述的压控振荡器还包括补偿电路，补偿电路利用类锁相环原理对压控振荡器ＶＣＯ输出正交信号的不平衡现象进行反馈补偿，消除输出正交信号的不平衡现象。将其应用于锁相环频率综合器，通过在正交压控振荡器中加入补偿电感值工艺偏差的可调电容，利用类锁相环的原理自动对电感工艺偏差引起正交信号之间幅度不平衡的现象进行补偿，同时通过寄存器设置可以增强正交信号之间相位的正交性，可以获得很好的正交性能和很好的相位噪声性能；将其应用于射频收发机电路，通过在正交压控振荡器中加入补偿可调电容，利用类锁相环的原理自动对接收和发射链路中因器件失配等引起正交信号之间幅度不平衡的现象进行补偿，可以提高收发机的性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及集成电路的设计与应用
，尤其涉及一种正交压控振荡器及锁相环频率综合器。
技术介绍
随着无线通信技术的不断发展和无线通信标准的不断更新和推出。随之，无线通信市场不断扩大，对无线通信系统的设计，研究和集成也提出更多的要求。 任何无线通信系统都需要一个本振信号，本振信号通常由锁相环频率综合器产生所需要的频率。频率综合器通常由鉴频鉴相器PFD(phase frequency detect)，电荷泵CP(charge pump)，环路滤波器，压控振荡器VCO(voltage-controlled oscillator)，分频器来组成。在频率综合器的技术指标中，相位噪声成为一个关键的技术指标。在组成频率综合器的系统结构中，影响相位噪声的因素很多，但是，压控振荡器VCO的本身的相位噪声性能很关键，其影响较大。为了降低VCO的相位噪声，已经出现了很多技术，例如为了提高片上集成螺旋电感的品质因子Q，在芯片上采取了一些微电子机械系统(microelectronics electronics mechanical systemMEMS)技术；还有利用片外的键合线(bonding wire)电感来提高电感的品质因子Q。前者因为工艺技术比较复杂，和数字CMOS工艺不兼容，成本高等原因，使得该技术的使用受到了一定的制约；而后者虽然工艺简单，但是键合线工艺的偏差比较大，例如同样位置的一根键合线，两次键合获得的电感值将可能产生约10％～20％的偏差。如果仅仅用在差分本振信号的产生，这个工艺误差或许是可以容忍的。但是，如果用于产生正交信号且键合线电感存在比较大的工艺偏差，将会出现正交两路的本振信号幅度不一致的现象。这将严重影响整个通信系统的性能。 在传统的锁相环频率综合器中，如图1所示主要由鉴频鉴相器PFD，电荷泵CP，低通滤波器，压控振荡器VCO和除N电路(/N)组成。其基本工作原理是PFD鉴别并输出反馈信号Fbak和参考信号Fref之间的相位误差值，例如，如果Fbak落后于Fref，那么，输出信号UP为高电平，DN为低电平；反之，如果Fbak领先于Fref，输出信号DN为高电平，UP为低电平。其后的一个电路模块是电荷泵CP，其功能是，如果UP为高电平，就对输出用电流为lcp的电流充电；如果DN为高电平，就对输出用电流为lcp的电流放电。低通滤波器对充电和放电进行滤波，输出信号用于控制VCO，例如，如果低通滤波器输出的控制电压升高，VCO输出信号Fout的频率就增大；如果低通滤波器输出的控制电压降低，VCO输出信号Fout的频率就减小。VCO的输出信号经过N分频，也就是除N电路，输出信号Fbak到PFD。当环路稳定时，也即锁相环锁定时，Fref和Fbak同频率同相位，可得Fout＝N·Fref。 传统的耦合方式的正交VCO如图2所示，它以两个差分VCO为基础，通过利用反相器组成的耦合电路，最终形成正交VCO，其中Vtune电压即为调谐VCO频率的控制电压。
技术实现思路
鉴于上述现有技术所存在的问题，本专利技术的目的是提供一种正交压控振荡器及锁相环频率综合器，通过使用键合线电感和在正交压控振荡器中加入补偿电感值工艺偏差的可调电容，利用类锁相环的原理自动对电感工艺偏差引起正交信号之间幅度不平衡的现象进行补偿，可以获得很好的正交性能和很好的相位噪声性能。 本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的一种正交压控振荡器，包括两个交叉耦合的差分压控振荡器VCO，输出正交信号，还包括补偿电路利用类锁相环原理对包括两个交叉耦合的差分压控振荡器VCO的正交压控振荡器VCO输出正交信号的不平衡现象进行反馈补偿，消除输出正交信号的不平衡现象。 所述的补偿电路包括相位校准电路输出相位校准信号Vphase，用于校准正交压控振荡器输出正交信号的相位不平衡；幅度校准电路输出幅度校准信号Vamp，用于校准正交压控振荡器输出正交信号的幅度不平衡。 所述的相位校准电路由数字-模拟转换器DAC产生Vphase，Vphase可以通过寄存器设置也可以通过编程控制。 所述的幅度校准电路根据正交压控振荡器输出信号Viout与Vqout，产生两路幅度校准信号Vamp1与Vamp2，输入至正交压控振荡器，用于校准正交压控振荡器输出正交信号的幅度不平衡。 所述的幅度校准电路包括采样处理电路获取正交压控振荡器输出信号Viout与Vqout，经过信号处理输出逻辑信号至电荷泵CP；电荷泵CP根据采样处理电路的输出信号对环路滤波器进行充电或放电；环路滤波器为一个环路滤波电容或高阶滤波器，其输出Vamp为校准幅度平衡的信号；环路滤波器的输出连接到检测及多路选择电路；检测及多路选择电路用于检测环路滤波器的输出电压Vamp是否达到极限值VD，并检测比较器输出的逻辑信号；同时根据环路滤波器的输出电压和比较器输出的逻辑信号，给出正交压控振荡器校准信号Vamp1与Vamp2的值，用于校准正交压控振荡器输出正交信号的幅度不平衡。 所述的采样处理电路包括两个高通滤波器分别接Viout与Vqout，获得具有相同共模电平的信号，分别输出至平方电路；两个平方电路接收高通滤波器输出的两个相同共模电平的信号，分别经过相同的平方电路输出信号到两个低通滤波器；两个低通滤波器保留平方电路输出的直流信号，滤掉平方电路输出的高频谐波信号，输出到比较器；比较器用于比较平方电路输出的直流信号，获得逻辑信号；输出到电荷泵CP与检测及多路选择电路。 一种锁相环频率综合器，包括鉴频鉴相器PFD、电荷泵CP、低通滤波器、包括补偿电路的正交压控振荡器与分频器，PFD鉴别并输出反馈信号Fbak和参考信号Fref之间的相位误差值给电荷泵CP，输出充电或放电电流lcp，低通滤波器对充电和放电进行滤波，输出信号用于控制VCO，VCO的输出信号经过除N电路的N分频，输出反馈信号Fbak到PFD。 由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，本专利技术所述的一种正交压控振荡器及锁相环频率综合器，以两个差分压控振荡器VCO为基础通过反相器组成的耦合电路而构成，输出正交信号，为了获得很好的正交性能，所述的压控振荡器还包括补偿电路，补偿电路利用类锁相环原理对压控振荡器VCO输出正交信号的不平衡现象进行反馈补偿，消除输出正交信号的不平衡现象。将其应用于锁相环频率综合器，通过在正交压控振荡器中加入补偿电感值工艺偏差的可调电容，利用类锁相环的原理自动对电感工艺偏差引起正交信号之间幅度不平衡的现象进行补偿，同时通过寄存器设置可以增强正交信号之间相位的正交性，可以获得很好的正交性能和很好的相位噪声性能；将其应用于射频收发机电路，通过在正交压控振荡器中加入补偿可调电容，利用类锁相环的原理自动对接收和发射链路中因器件失配等引起正交信号之间幅度不平衡的现象进行补偿，可以提高收发机的性能。附图说明图1为传统的锁相环频率综合器最基本的结构原理图；图2为传统的耦合方式的正交VCO结构图；图3为本专利技术所述的正交压控振荡器的电路结构图；图4为包括本专利技术所述的正交压控振荡器的锁相环频率综合器原理图；图5为本专利技术的一个实施例的控制电压Vamp的变化曲线图；图6为本专利技术的一个实施例的整个I路和Q路幅度由不平衡到平衡的收敛过程，图中上半部分为I路，下半部分为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种正交压控振荡器，包括两个交叉耦合的差分压控振荡器ＶＣＯ，输出正交信号，其特征在于，还包括：补偿电路：利用类锁相环原理对包括两个交叉耦合的差分压控振荡器ＶＣＯ的正交压控振荡器ＶＣＯ输出正交信号的不平衡现象进行反馈补偿，消除输出正交信号的不平衡现象。

【技术特征摘要】
的保护范围为准。权利要求1.一种正交压控振荡器，包括两个交叉耦合的差分压控振荡器VCO，输出正交信号，其特征在于，还包括补偿电路利用类锁相环原理对包括两个交叉耦合的差分压控振荡器VCO的正交压控振荡器VCO输出正交信号的不平衡现象进行反馈补偿，消除输出正交信号的不平衡现象。2.根据权利要求1所述的正交压控振荡器，其特征在于，所述的补偿电路包括相位校准电路输出相位校准信号Vphase，用于校准正交压控振荡器输出正交信号的相位不平衡；幅度校准电路输出幅度校准信号Vamp，用于校准正交压控振荡器输出正交信号的幅度不平衡。3.根据权利要求2所述的正交压控振荡器，其特征在于，所述的相位校准电路由数字-模拟转换器DAC产生Vphase，Vphase可以通过寄存器设置也可以通过编程控制。4.根据权利要求2所述的正交压控振荡器，其特征在于，所述的幅度校准电路根据正交压控振荡器输出信号Viout与Vqout，产生两路幅度校准信号Vamp1与Vamp2，输入至正交压控振荡器，用于校准正交压控振荡器输出正交信号的幅度不平衡。5.根据权利要求4所述的正交压控振荡器，其特征在于，所述的幅度校准电路包括采样处理电路获取正交压控振荡器输出信号Viout与Vqout，经过信号处理输出逻辑信号至电荷泵CP；电荷泵CP根据采样处理电路的输出信号对环路滤波器进行充电或放电；环路滤波器...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海永，吴南健，寿国梁，
申请(专利权)人：北京六合万通微电子技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]