[发明专利]一种低调谐增益变化的压控振荡器

说明书

技术领域

本发明涉及一种低调谐增益变化的电感电容压控振荡器电路，尤其涉及一种采用开关可变电容阵列的低调谐增益变化的压控振荡器，属于射频集成电路技术领域。

背景技术

随着集成电路技术的持续迅速发展，采用CMOS工艺的射频(RF)集成电路研究得到了广泛关注。同时，无线通信技术的发展也推动了低成本、低功耗的无线收发机的研究。随着无线通讯网络的发展，越来越多的射频电路要求收发机能够覆盖更宽的频率范围，近十年中出现了大量关于宽带电感电容压控振荡器设计的技术。

调谐增益(tuning gain)是衡量压控振荡器性能的一个重要参数，其大小不仅决定了压控振荡器的频率范围，还直接影响着锁相环环路噪声传递函数。压控振荡器的调谐增益在锁相环的传递函数中起着重要作用，一个典型的频率综合器的开环传递函数与调谐增益成正比。压控振荡器的调谐增益直接反映了该压控振荡器输出频率对压控电压的敏感程度。调谐增益越大，压控电压上相同幅度的电压噪声引起的频率变化也越大，锁相环环路对噪声越敏感，相位噪声性能就会越差。而调谐增益的变化会直接引起锁相环环路带宽以及相位噪声性能的变化，甚至会造成环路不稳定。所以，为了确保锁相环的性能稳定，压控振荡器的调谐增益需要尽量低，同时变化要尽量小。

对于传统的宽带压控振荡器，压控可变电容的变化范围不变，可以推出：当压控振荡器输出频率变化时，总谐振电容值也会变化，极大地影响了调谐增益使之波动。输出频率越高，调谐增益越高。

图1是采用二进制权重开关电容阵列的宽带电感电容压控振荡器。Mp1，Mp2与Mn1，Mn2管充当交叉耦合管，补充振荡中的能量损耗。压控电压V_tune控制一个固定调谐范围的可变电容。通过数字控制电压(B0，B1，B2……)可以人为控制开关电容阵列改变谐振点P1，P2之间的谐振电容，使其在不同频带之间切换，利用二进制权重的电容阵列可以保证覆盖所需要的频率，且结构简单。

这种电路结构通过采用开关电容阵列，将整个频带范围划分成几个子频带，每个子频带只覆盖部分频率范围，从而能够使压控振荡器覆盖宽频带同时保持较低的调谐增益。但这种电路结构的缺点主要在于：划分子频带不能改变压控振荡器调谐增益会随振荡频带不同而变化的情况。当频率范围加宽时，调谐增益的波动会大到无法忽视的地步，进而影响整个锁相环的性能。

发明内容

为了解决上述调谐增益变化大的问题，本发明提出一种低调谐增益变化的电感电容压控振荡器电路结构。采用增加开关可变电容阵列来调节压控可变电容变化范围，使得振荡频率对调谐增益的影响得到抵消。调谐增益的变化得以降低，使得宽带压控振荡器能够拥有低且稳定的调谐增益，同时不会增加额外的功耗，相位噪声也不会恶化。该方法同时适用于窄带和宽带射频系统。

一种低调谐增益变化的压控振荡器，包括，一个并联的电感电容谐振电路，电感和电容的两端分别连接至压控振荡器的两个振荡输出端；两对交叉耦合连接的晶体管，一对为N型，一对为P型，其源端连接在一起，漏端分别直接连接至压控振荡器的两个振荡输出端，其栅极分别连接至与其漏端连接相异的压控振荡器输出端，作为提供能量的负阻电路；还包括：

一个压控可变电容，其电容的大小可以由输入控制电压作一定改变，电容两端分别连接至压控振荡器的两个振荡输出端；

一个开关电容阵列，由n组电容与开关并联组成电容阵列，每一组串连的电容和开关为一个电容子单元，由数字信号控制，电容阵列两端分别连接至压控振荡器的两个振荡输出端；

一个开关可变电容阵列，由n组可变电容与开关并联组成可变电容阵列，每一组串连的电容和开关为一个可变电容子单元，由数字信号和输入压控电压控制，电容阵列两端分别连接至压控振荡器的两个振荡输出端；

开关电容阵列单元开关电容的大小比例为α₁C_a:α₂C_a:α₃C_a...:α_nC_a，可变电容子单元的大小比例为β₁C_v:β₂C_v:β₃C_v...:β_nC_v，开关电容阵列每个电容子单元与开关可变电容阵列每个可变电容子单元的比值满足关系式(1)时，各子频带的调谐增益相等。