一种低相位噪声宽带正交压控振荡器制造技术

本发明专利技术属射频无线接收机集成电路技术领域，涉及一种应用于无线接收机集成电路中的正交压控振荡器。本发明专利技术通过对传统正交压控振荡器耦合方式的改进，在耦合管的源端引入相移网络，从而改善了正交压控振荡器电路的相位噪声性能以及减小输出相位失配。通过使用线性化的累积型ＭＯＳ可变电容阵列，大大提高了ＱＶＣＯ调谐曲线的线性度，从而增大控制电压的调谐范围。由于正交压控振荡器的偏置电流可变，因此能够维持一个较恒定的输出振荡电压幅度，使得正交压控振荡器在宽的输出频率范围内能获得较低的相位噪声。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于射频无线接收机集成电路
，具体涉及一种应用于无线接收机 频率综合器中的正交压控振荡器。
技术介绍
数字信号处理技术的发展对数字通信产生了重要的影响。在数字通信当中，各种 复杂的数字调制方式都被加以应用以完成高质量的无线信号传输。其中涉及到复数信号的 调制，解调，检测等操作。反映到射频接收及发送部分的电路中，则要求频率综合器可以提 供正交I，Q两路的信号的本地振荡信号以使得射频前端电路可以完成复数信号的处理。研 究显示，对于某些通信协议的频率综合器，如超宽带无线通信系统，频率综合的过程需要正 交信号进行单边带的混频来实现频率的加减法操作。现有技术公开的频率综合器所产生正 交信号的方式通常有三种，一种是压控振荡器(VCO)工作在所需频率的两倍频处，然后经 过二分频器，产生正交信号，另一种是使用多相滤波器，多相滤波器可以把差分信号转化成 四路正交的差分信号，而还有一种则是直接应用正交压控振荡器(QVCO)。上述二分频法虽 然简单，但VCO工作在两倍频率以及工作在高频的分频器使其要额外付出功耗。过高的工 作频率使得有些工艺不适合用这种方法。多相滤波器的方法中，电路整体的工作频率与输 出频率相等，但其窄带的特性使得需要多级的多相滤波器来应对宽带输出的情况，这时需 用缓冲器来缓解多相滤波器本身给信号带来的衰减。缓冲器的功耗以及无源电阻电容器件 的失配是该种方法的主要缺点。最后一种方法是直接使用QVCO，QVCO的设计要比VCO难度 大，面积也会相应较大，但其工作频率较二分频法低，在所述的二分频法不适用的工艺可采 取这一方法，其额外的功耗来自于额外的一个VC0。传统的晶体管耦合正交压控振荡器存在以下三个问题(1)双模振荡问题。由于 耦合管的存在，QVCO振荡频率以及输出点的相位关系将存在两个解。即图2中的A点相位 有可能领先B点90度，也有可能落后B点90度。而对应不同相位关系的是两个不同的振 荡频率，它们之间的频率差值与耦合管的耦合强度直接相关。( 谐振网络品质因子Q值的 恶化，进而恶化QVCO的相位噪声。进入谐振网络的电流由两部分组成，一部分来自负阻电 路，另一部分来自耦合管，两部电流之和使得进入谐振网络的电流与其电压存在一定的相 位差。谐振网络无法工作在纯阻状态使其Q值变差。(3)耦合管增加了 Ι/f上变频转化增 益，使得尾电流源的Ι/f噪声更多地上变频成Ι/f3相位噪声，这大大恶化了 VCO近频端的 相位噪声。为解决上述三个问题，有研究采用在正交压控振荡器中引入相移网络的方法，通 过把耦合电流的相位偏移一定的角度，进而解决双模振荡及谐振网络Q值恶化的问题。文 献[1][2]提出过两种引入相移网络的方法，然而文献[1]的共源共栅结构引入的相移有 限，只有20度左右，虽可以解决双模振荡的问题，但对相位噪声的改善有限，文献[2]耦合 管的接入方式是电容耦合共栅级，由于共栅级的输入电阻小，这种接入方式容易使LC谐振 网络的Q值变差。与本专利技术相关的现有技术有如下参考文献[1]H S Li, I. Kipnis M Ismail, A IO-GHz CMOS quadrature LC-VCO formultirate opticalapplications. IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol.38, no. 10，pp. 1626-1634，0ct2003.[2]J van der Tang, P van de Ven, D Kasperkovitz, et al, Analysis and design of anoptimally coupled 5~GHz quadrature LC oscillator. IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 37, no. 5, pp. 657-661, May 2002.[3]A Mirzaei,M E Heidari,R Bagheri,et al. The quadrature LC oscillator a completeportrait based on injection locking. IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 42，no. 9，pp. 1916—1932，Sep. 2007.[4] T ffu, P K Hanumolu, K Mayaram, et al. Method for a Constant Loop Bandwidth inLC-VCO PLL Frequency Synthesizers. IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 44，no. 2，pp. 427—435，Feb. 2009.
技术实现思路
本专利技术的目的是为解决正交压控振荡器设计中的固有问题，通过引入有效的相移 的网络，提供一种低相位噪声宽带正交压控振荡器(QVCO)，尤其是一种低相位噪声，输出相 位关系稳定的宽带正交压控振荡器。本专利技术可用于移动通信、无线宽带网络以及无线数据 传输等技术标准的射频信号接收机芯片。具体而言，本专利技术的一种低相位噪声宽带正交压控振荡器，其特征在于，其包含 一个LC电容谐振腔，正反馈连接的负阻电路，耦合电路，相移网络，可变电容阵列与固定电 容阵列和偏置电流源阵列。本专利技术中，所述的耦合电路加入了相移网络，所述的相移网络由并联的电阻电容 组成，连接到耦合管的源端。本专利技术中，偏置电流由电流源阵列组成，并用开关控制其栅极电压来控制其通断， 控制信号由QVCO所在频率综合器提供。各路电流源大小采用二进制编码进行安排。本专利技术中，可变电容电路部分由偏置在三个偏置点的累积型MOS电容组成，偏置 均由大阻值电阻进行隔离。本专利技术中，包含6位的数控固定电容阵列，因此调谐范围被划分成64个子频带。本专利技术通过对传统正交压控振荡器耦合方式进行了改进，提出了在耦合管的源端 引入相移网络的方法，从而改善了 QVCO电路的相位噪声性能以及减小输出相位失配。通过 使用线性化的累积型MOS可变电容阵列，大大提高了 QVCO调谐曲线的线性度，从而增大控 制电压的调谐范围。由于QVCO的偏置电流可变，因此能够维持一个较恒定的输出振荡电压 幅度，这样可以使得QVCO在宽的输出频率范围内都能获得较低的相位噪声，为了便于理解，以下将结合具体的附图和实施例对本专利技术的进行详细地描述。需 要特别指出的是，具体实例和附图仅是为了说明，显然本领域的普通技术人员可以根据本 文说明，在本专利技术的范围内对本专利技术做出各种各样的修正和改变，这些修正和改变也纳入 本专利技术的范围内。另外，本专利技术引用了公开文献，这些文献是为了更清楚地描述本专利技术，它 们的全文内容均纳入本文进行参考，就好像它们的全文已经在本文中重复叙述过一样。附图说明图1本专利技术的正交压控振荡器结构示意图。图2所提出结构的线性模型。图3加入相移网络后耦合管的跨导的幅频及相频特性曲线。图4QVC0 LC谐振网络阻抗的幅频相频响应曲线与电流向量图对比。图5传统可变电容接入QVCO的电路结构及其电容-电压特性。图6采用线性化技术后，可变电容接入QVCO的电本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种低相位噪声宽带正交压控振荡器，其特征在于，其包含：一个ＬＣ电容谐振腔，正反馈连接的负阻电路，耦合电路，相移网络，可变电容阵列与固定电容阵列和偏置电流源阵列，所述的耦合电路加入了相移网络。

【技术特征摘要】
1.一种低相位噪声宽带正交压控振荡器，其特征在于，其包含一个LC电容谐振腔，正 反馈连接的负阻电路，耦合电路，相移网络，可变电容阵列与固定电容阵列和偏置电流源阵 列，所述的耦合电路加入了相移网络。2.如权利要求1所述的低相位噪声宽带正交压控振荡器，其特征在于，所述的相移网 络由并联的电阻电容组成，连接到耦合管的源端。3.如权利要求1所述的低相位噪声宽带正交压控振荡器，其特征在于，所述的偏置电 流由电流源阵列组成，并用开关控制其栅极电压来控制其通断，控制信号由QVCO所在频率 综合器提供。4....

【专利技术属性】
技术研发人员：李巍，黄德平，周谨，李宁，任俊彦，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]