【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及集成电路，尤其涉及一种低相位噪声的c类压控振荡器。本专利技术可用于无线通信系统的本振信号发生。
技术介绍
1、随着通信技术的不断发展与进步，在无线通信、有线通信、高速数据转换等高性能系统和应用中，需要高效合成低抖动的参考频率和时钟。压控振荡器(voltage-controlledoscillator vco)在许多高频系统中都有应用，特别是在需要精确频率信号的场合。低相位噪声的vco的重要性在于，它能够提升系统的性能和数据传输的质量。相位噪声是由于振荡器的频率不稳定性导致的，这种噪声会干扰信号的传输和接收，降低系统的性能。因此，低相位噪声的vco可以有效减少这种干扰，提高系统的性能。另一方面，高的相位噪声会导致数字通信系统的误码率增加，降低数据传输的质量。低相位噪声的vco可以降低这种影响，提高数据传输的质量和可靠性。
2、压控振荡器作为锁相环中的核心模块，主要功能是为锁相环提供参考时钟倍频后的输出振荡信号，可以说，压控振荡器的性能直接决定了锁相环的总体性能；在传统的电流偏置振荡器中，为压控振荡器提供电流偏置的尾晶体管的闪烁噪声会通过有源器件的非线性电容、变容管以及开关电容上变频调制到相位噪声。而不带尾晶体管的电压偏置型压控振荡器则需要在设计时在功耗和相位噪声之间进行折中，难以获得满意效果。
3、专利申请cn116647187a公开了一种应用于低抖动亚采样锁相环的c类压控振荡器，互补nmos电路用于将电流脉冲传递到差分振荡槽；互补pmos电路用于将电流脉冲传递到差分振荡槽；开关电容阵列用于调
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种低相位噪声的c类压控振荡器，在满足低功耗的条件下，通过双模振荡器实现更优异的相位噪声性能；通过尾电阻阵列控制压控振荡器的电流并且不会引入更多的噪声；并采用开关电容阵列获得更宽的调谐范围；具有结构简单、功耗小、相位噪声低的优点。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
3、一种低相位噪声的c类压控振荡器，包括由第一lc网络3、第二lc网络4、第三lc网络5共同构成的双模振荡槽8，所述双模振荡槽8的第二lc网络4、第三lc网络5为充当负阻作用的互补nmos电路2提供偏置电平，且第二lc网络中的电感l4与第三lc网络5中的电感l3共同形成变压器t1。
4、所述第一lc网络3包括可变电容c3、可变电容c4、电感l1以及电感l2，其中，电感l1的一端连接到输出节点vn，电感l1的另一端和电感l2的一端相连于电源，电感l2的另一端连接到输出节点vp，可变电容c3的一端连接到输出节点vn，可变电容c3的另一端和可变电容c4的一端连接于偏置电压vb1，可变电容c4的另一端连接到输出节点vp；输出节点vn与输出节点vp之间还连接有开关电容阵列7，用于调节接入双模振荡槽8的电容以控制双模振荡槽8的输出信号。
5、所述第二lc网络4包括电容c1和电感l4，其中，电容c1的一端连接到输出节点vn，电容c1的另一端和电感l4的一端相连，电感l4的另一端连接到偏置电压vb2，所述第二lc网络4用于向nmos管mn2的栅极提供偏置；
6、所述第三lc网络5包括电容c2和电感l3，其中，电容c2的一端连接到输出节点vp，电容c2的另一端和电感l3的一端相连，电感l3的另一端连接到偏置电压vb2，所述第三lc网络5用于向nmos管mn1的栅极提供偏置。
7、所述互补nmos电路2包括nmos管mn1与nmos管mn2；nmos管mn1及nmos管mn2的源极相连，并与储能电路1的电容c0的一端连接，电容c0的另一端接地，使互补nmos电路2的源极节点的电压恒定；nmos管mn1的栅极与电容c2的一端相连，nmos管mn1的漏级与电容c1的一端相连；nmos管mn2的栅极与电容c1的另一端相连，nmos管mn2的漏级与电容c2的另一端相连。
8、所述nmos管mn1及nmos管mn2的源极共同连接尾电阻阵列6的一端，尾电阻阵列6的另一端接地，用于控制压控振荡器的工作电流。
9、所述低相位噪声的c类压控振荡器，还包括开关电容阵列7。
10、所述互补nmos电路2中nmos管mn1及nmos管mn2的栅极电压大于等于互补nmos电路2中nmos管mn1及nmos管mn2的阈值电压时，nmos管mn1及nmos管mn2导通。
11、在稳态条件下，所述双模振荡槽8的两端节点vn以及节点vp输出恒定的正弦波。
12、所述互补nmos电路2的输出摆幅与互补nmos电路2中nmos管mn1及nmos管mn2的宽度与长度之比呈正相关；所述互补nmos电路2电流导通角与互补nmos电路2中nmos管mn1及nmos管mn2的宽度与长度之比呈负相关。
13、所述接入双模振荡槽8的电容值与所述双模振荡槽8的输出信号的振荡频率成反比。
14、所述低相位噪声的c类压控振荡器中流过双模振荡槽8的基波、二次谐波和三次谐波；二次谐波在相位上超基波和三次谐波90°；通过使用变压器t1，使得双模振荡槽8电路在基波和二次谐波频率处均为阻性通路，从而让双模振荡槽8电路输出波形的上升沿和下降沿更加对称，抑制闪烁噪声的上变频；对于差模信号，压控振荡器中的有效感值为ld＝(l1+l2)//(l3+l4+2m)，其中，m为变压器t1的互感，对于共模信号，压控振荡器中的有效感值为lc＝(l1//l2)//[(l3-m)//(l4-m)]，当lc＝1/4ld时，双模振荡槽8电路为二次谐波电流提供了阻性通路，相位噪声得到提升。
15、相对于现有具有低相位噪声的压控振荡器，本专利技术具有如下有益效果：
16、1、针对在集成电路中难以调节电感的感值，本专利技术c类压控振荡器频率的调谐通过调节可变电容的容值与接入开关电容阵列的数量来实现。为了加宽c类压控振荡器的调谐范围，输出更多不同的频率，本专利技术采用开关电容阵列来7进行调节；通过给定不同的控制位对接入双模振荡槽8的电容值进行控制，从而改变谐振的时间常数；其中，接入双模振荡槽的电容值与双模振荡槽的输出信号的振荡频率成反比，即，接入电容越多，振荡频率越低。
17、2、本专利技术采用c类结构，通过尾端大负载电容对电流导通角进行调制，在相同功耗下提供更低的相位噪声性能；
18、3、本专利技术通过尾电阻阵列6取代传统的尾电流源从而抑制了尾电流源的闪烁噪声由于上变频导致的相位噪声恶化，从而提供更低的相位噪声性能。
19、4、本专利技术通过变压器将传统的差分振荡槽改变成为双模振荡槽8，利用变压器t1在差共模模式下为电路中的二次谐波电流提供一个阻性通路，来抑制闪烁噪声的上变频，从而提供更低的相位噪声性能。
20、综上，本专利技术设计了一种低相位噪声的c类压控振荡器，能够在满本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种低相位噪声的C类压控振荡器，包括由第一LC网络(3)、第二LC网络(4)、第三LC网络(5)共同构成的双模振荡槽(8)，其特征在于：所述双模振荡槽(8)的第二LC网络(4)、第三LC网络(5)为充当负阻作用的互补NMOS电路(2)提供偏置电平，且第二LC网络(4)中的电感L4与第三LC网络(5)中的电感L3共同形成变压器T1。
2.根据权利要求1所述的一种低相位噪声的C类压控振荡器，其特征在于：所述第一LC网络(3)包括可变电容C3、可变电容C4、电感L1以及电感L2，其中，电感L1的一端连接到输出节点VN，电感L1的另一端和电感L2的一端相连于电源，电感L2的另一端连接到输出节点VP，可变电容C3的一端连接到输出节点VN，可变电容C3的另一端和可变电容C4的一端连接于偏置电压VB1，可变电容C4的另一端连接到输出节点VP；输出节点VN与输出节点VP之间还连接有开关电容阵列(7)，用于调节接入双模振荡槽(8)的电容以控制双模振荡槽(8)的输出信号。
3.根据权利要求1所述的一种低相位噪声的C类压控振荡器，其特征在于：所述第二LC网络(4)包括电容C
4.根据权利要求1所述的一种低相位噪声的C类压控振荡器，其特征在于：所述互补NMOS电路(2)包括NMOS管MN1与NMOS管MN2；NMOS管MN1及NMOS管MN2的源极相连，并与储能电路(1)的电容C0的一端连接，电容C0的另一端接地，使互补NMOS电路(2)的源极节点的电压恒定；NMOS管MN1的栅极与电容C2的一端相连，NMOS管MN1的漏级与电容C1的一端相连；NMOS管MN2的栅极与电容C1的另一端相连，NMOS管MN2的漏级与电容C2的另一端相连。
5.根据权利要求4所述的一种低相位噪声的C类压控振荡器，其特征在于：所述NMOS管MN1及NMOS管MN2的源极共同连接尾电阻阵列(6)的一端，尾电阻阵列(6)的另一端接地，用于控制压控振荡器的工作电流。
6.根据权利要求4或5所述的一种低相位噪声的C类压控振荡器，其特征在于：所述互补NMOS电路(2)中NMOS管MN1及NMOS管MN2的栅极电压大于等于互补NMOS电路(2)中NMOS管MN1及NMOS管MN2的阈值电压时，NMOS管MN1及NMOS管MN2导通。
7.根据权利要求4或5所述的一种低相位噪声的C类压控振荡器，其特征在于：所述互补NMOS电路(2)的输出摆幅与互补NMOS电路(2)中NMOS管MN1及NMOS管MN2的宽度与长度之比呈正相关；所述互补NMOS电路(2)电流导通角与互补NMOS电路(2)中NMOS管MN1及NMOS管MN2的宽度与长度之比呈负相关。
8.根据权利要求1所述的一种低相位噪声的C类压控振荡器，其特征在于：在稳态条件下，所述双模振荡槽(8)的两端节点VN以及节点VP输出恒定的正弦波。
9.根据权利要求1或8所述的一种低相位噪声的C类压控振荡器，其特征在于：所述接入双模振荡槽(8)的电容值与所述双模振荡槽(8)的输出信号的振荡频率成反比。
10.根据权利要求1所述的一种低相位噪声的C类压控振荡器，其特征在于：所述低相位噪声的C类压控振荡器中流过双模振荡槽(8)的基波、二次谐波和三次谐波；二次谐波在相位上超基波和三次谐波90°；通过使用变压器T1，使得双模振荡槽(8)电路在基波和二次谐波频率处均为阻性通路，从而让双模振荡槽(8)电路输出波形的上升沿和下降沿更加对称，抑制闪烁噪声的上变频；对于差模信号，压控振荡器中的有效感值为Ld＝(L1+L2)//(L3+L4+2M)，其中，M为变压器T1的互感，对于共模信号，压控振荡器中的有效感值为Lc＝(L1//L2)//[(L3-M)//(L4-M)]，当Lc＝1/4Ld时，双模振荡槽(8)电路为二次谐波电流提供了阻性通路，相位噪声得到提升。
...【技术特征摘要】
1.一种低相位噪声的c类压控振荡器，包括由第一lc网络(3)、第二lc网络(4)、第三lc网络(5)共同构成的双模振荡槽(8)，其特征在于：所述双模振荡槽(8)的第二lc网络(4)、第三lc网络(5)为充当负阻作用的互补nmos电路(2)提供偏置电平，且第二lc网络(4)中的电感l4与第三lc网络(5)中的电感l3共同形成变压器t1。
2.根据权利要求1所述的一种低相位噪声的c类压控振荡器，其特征在于：所述第一lc网络(3)包括可变电容c3、可变电容c4、电感l1以及电感l2，其中，电感l1的一端连接到输出节点vn，电感l1的另一端和电感l2的一端相连于电源，电感l2的另一端连接到输出节点vp，可变电容c3的一端连接到输出节点vn，可变电容c3的另一端和可变电容c4的一端连接于偏置电压vb1，可变电容c4的另一端连接到输出节点vp；输出节点vn与输出节点vp之间还连接有开关电容阵列(7)，用于调节接入双模振荡槽(8)的电容以控制双模振荡槽(8)的输出信号。
3.根据权利要求1所述的一种低相位噪声的c类压控振荡器，其特征在于：所述第二lc网络(4)包括电容c1和电感l4，其中，电容c1的一端连接到输出节点vn，电容c1的另一端和电感l4的一端相连，电感l4的另一端连接到偏置电压vb2，所述第二lc网络(4)用于向nmos管mn2的栅极提供偏置；
4.根据权利要求1所述的一种低相位噪声的c类压控振荡器，其特征在于：所述互补nmos电路(2)包括nmos管mn1与nmos管mn2；nmos管mn1及nmos管mn2的源极相连，并与储能电路(1)的电容c0的一端连接，电容c0的另一端接地，使互补nmos电路(2)的源极节点的电压恒定；nmos管mn1的栅极与电容c2的一端相连，nmos管mn1的漏级与电容c1的一端相连；nmos管mn2的栅极与电容c1的另一端相连，nmos管mn2的漏级与电容c2的另一端相连。
5.根据权利要求4所述的一种低相位噪声的c类压控振荡器，其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员：李振荣，李承志，章圣长，余君杰，段世泽，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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