[发明专利]一种超低功耗压控振荡器电路及其信号处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超低功耗压控振荡器电路及其信号处理方法，属于射频集成电路领域。

背景技术

随着半导体工艺特征尺寸的缩小以及复杂度的提高，集成电路(IC)的实现面临了很多挑战：速度越来越快、面积不断增大、噪声现象更加严重等。其中，功耗问题尤为突出，在进入0.13um、90nm技术节电后，单位面积上的功耗密度急剧上升。因此，功耗已经成为集成电路中继传统两个要素——速度、面积后的又一个关键要素。

移动应用市场对射频集成电路的低功耗有着无止境的需求，使集成电路的低功耗设计变得日益重要。因为移动设备基本上都由电池供电，电池使用寿命已成为评估这类产品很重要的一个指标。在日益成熟的片上系统(SoC)设计中，低功耗设计是许多设计人员必须面对的问题，其原因在于它们被广泛应用于便携式和移动性较强的产品中，而这类产品如上面所说往往靠电池供电，所以在从全局来考虑低功耗设计外，设计人员还需要从每一个细节来考虑降低功耗，从而尽可能地延长电池使用时间。

传统的应用于射频集成电路中的压控振荡器(VCO)电路结构如图1所示，为了节约系统成本，其中的电容、电感元件都在片上实现，这些片上无源元件的Q值决定了VCO的功率消耗。在目前的工艺水平下，片上电感的Q值只有十几，直接限制了VCO的低功耗设计。同时，随着频率的降低，VCO的正常工作功耗也会相应的增加，利用片上电感的VCO如果应用在1GHz下的UHF和VHF频段，其工作电流大概在10mA左右，对于超低功耗系统设计来说是不可接受的。

在射频集成电路系统设计中，为了达到良好的镜像噪声抑制效果，一般都采用IQ正交系统架构，此时VCO需要输出四路正交信号到I和Q两路混频器(Mixer)，并且其中每路都会驱动数百fF的Mixer输入负载。传统的IQ正交信号产生电路有两种形式：第一种是如图2所示的SCL结构的D触发器除二产生四路正交信号，然后再经过驱动器(Buffer)输出到Mixer；第二种是如图3所示的TSPC除二电路生成四路正交信号，再由Buffer驱动输出到Mixer。其中SCL功耗较高，适应于高频应用；TSPC结构本身功耗较低，适用于低频应用，但其输入输出都需要增加Buffer从而功耗也难于降低。因此，这两种电路在超低功耗应用中受到了较大的限制。

在集成电路工艺中，片上电容的绝对值会随着温度变化，如果射频芯片长时间工作，当其片内温度出现较大变化时，电容值会随之变化从而引起VCO的振动频率变化。传统的VCO输出的本振(LO)信号是通过锁相环(PLL)环路锁定而达到精准的频率，在PLL环路中，一直处于工作状态的分频器、电荷泵等电路一般会带来1mA左右的功耗，但在超低功耗应用中，其引入的功耗就显得过大。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种超低功耗压控振荡器电路及其信号处理方法，本发明适用于超低功耗无线通讯领域。

本发明的技术方案为：

一种超低功耗压控振荡器信号处理方法，其步骤为：

1)将交叉耦合有源模块与一电流源连接，以产生一负阻，用于补偿LC-tank电路中的电感电阻和电容电阻；其中LC-tank电路中的电感为一片外电感；

2)将所述LC-tank电路的差分振荡信号经一RC正交信号产生模块中的RC网络，输出四路正交信号。

进一步的，所述片外电感的两端分别经一邦线与所述LC-tank电路的两差分输出端连接。

进一步的，所述LC-tank电路包括一温度补偿电路。

进一步的，所述RC网络为一两级RC网络；其中RC网络的电容值不变，第一级电阻值是R＝1/(ω_oC)中电阻值R的1.2倍，第二级电阻值是R＝1/(ω_oC)中电阻值R的0.8倍；ω_o为频点、C为RC网络电容。

一种超低功耗压控振荡器电路，其特征在于包括交叉耦合有源模块、LC-tank电路、RC正交信号产生电路；所述交叉耦合有源模块的两差分输出端分别与所述RC正交信号产生电路的两输入端连接；且所述交叉耦合有源模块的两差分输出端分别与所述LC-tank电路的两差分输出端连接；所述LC-tank电路中的电感为一片外电感，所述片外电感的两端分别与所述LC-tank电路的两差分输出端连接。

进一步的，所述片外电感的两端分别经一邦线与所述LC-tank电路的两差分输出端连接。

进一步的，所述LC-tank电路包括一温度补偿电路；所述温度补偿电路的差分输出端分别与所述LC-tank电路的两差分输出端连接。