[发明专利]八相位LC压控振荡电路、片上振荡器的设计方法

说明书

技术领域

本发明属于电子电路设计技术领域，具体是一种适用于电路系统中的低成本低 噪声八相位LC压控振荡电路、片上振荡器的设计方法。

背景技术

电压控制振荡器(VCO)作为信号源在电路系统中得到广泛应用。在无线通信 系统中，VCO应用在频率合成器中产生本地振荡信号，对射频信号进行调制和解调。 在光纤通信系统中，VCO是时钟恢复电路的核心电路，它的输出信号被用作数据判 决和再生。

在射频调制解调和时钟恢复等电路中往往还需要振荡器能够提供不同正交相 位的时钟，同时还要求时钟具有较好的相位噪声性能。

另一方面在光纤通信等系统中，随着系统速率的提升，现有工艺已不能满足超 高速电路的设计要求，在系统方案中，往往采用半频或四分之一频率、但是多相位 的时钟由此来降低电路工作频率，降低对工艺的要求，减小电路设计难度，给电路 结构、工艺选择带来更多的自由度。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明的目的就是提供一种能够输出多 相位时钟、相位噪声性能好、采用较少电感的LC压控振荡器设计方法，同时设计得 到的振荡器还有大调谐范围、低电源电压、低功耗、高输出电压摆幅以及节省集成 电路面积等优点。

一种八相位LC振荡电路设计方法，先设计LC谐振单元，再采用四级所述LC 谐振单元级联，并把第四级反馈回第一级，最终构成环形结构，得到八相位LC振 荡电路；

对于第1级LC谐振单元，采用两只P型晶体管M1、M2、两只N型晶体管 M3、M4、一只电感L和四只可变电容；这些器件的连接方法是：

M1和M2的源端都连接电源电压VDD，它们的漏端分别连接到本LC谐振单 元的输出端Vout1和Vout2，而且M1的栅端连接Vout2，而M2的栅端连接Vout1；

M3和M4的源端都连接到地电位GND，它们的漏端分别连接到本LC谐振单 元的输出端Vout1和Vout2，而且M3的栅端连接Vout2，而M4的栅端连接Vout1；

L1的两端分别连接Vout1和Vout2；

可变电容分别是C1、C2、C1n和C2n，其中，

C1两端分别连接控制电压VB和Vout2，C1n两端分别连接VB和Vout1，C2 两端分别连接VB和第2级LC谐振单元的Vout4，C2n两端分别连接VB和第2级 LC谐振单元的Vout3；

C1和C2通过第一电阻R1连接控制电压VB，C1n和C2n通过第二电阻R2 连接控制电压VB；所述第一电阻和第二电阻相同。

对于第2、3、4级LC谐振单元，结构设计与此相同；

一种按照上述方法的片上集成型压控振荡器设计方法，

先设计LC谐振单元，再采用四级所述LC谐振单元级联，并把第四级反馈回 第一级，最终构成环形结构，得到八相位LC振荡电路；

对于第1级LC谐振单元，采用两只P型晶体管M1、M2、两只N型晶体管 M3、M4、一只电感L和四只可变电容；这些器件的连接方法是：

M1和M2的源端都连接电源电压VDD，它们的漏端分别连接到本LC谐振单 元的输出端Vout1和Vout2，而且M1的栅端连接Vout2，而M2的栅端连接Vout1；

M3和M4的源端都连接到地电位GND，它们的漏端分别连接到本LC谐振单 元的输出端Vout1和Vout2，而且M3的栅端连接Vout2，而M4的栅端连接Vout1；

L1的两端分别连接Vout1和Vout2；

可变电容分别是C1、C2、C1n和C2n，其中，

C1两端分别连接控制电压VB和Vout2，C1n两端分别连接VB和Vout1，C2 两端分别连接VB和第2级LC谐振单元的Vout4，C2n两端分别连接VB和第2级 LC谐振单元的Vout3；各级LC谐振单元的连接方式依此类推；

C1和C2通过第一电阻R1连接控制电压VB，C1n和C2n通过第二电阻R2 连接控制电压VB；所述第一电阻和第二电阻相同。

以第1级LC振荡单元为例，对于所述M1、M2、M3和M4，采用两层层叠式 的晶体管结构，即M1和M3层叠、M2和M4层叠；所述L1仅采用一只，使电感 数量减少一半，使芯片成本降低到一半；又由于电感的体积很大，这样，芯片的体 积也缩小很多。