[发明专利]一种应用于GNSS接收机的宽带LC振荡器

说明书

技术领域

本发明涉及一种LC振荡器，尤其是一种应用于GNSS（Global Navigation Satellite System，GNSS）接收机的宽带LC振荡器，具体地说是一种低相位噪声、高线性度、高性能的LC振荡器，属于射频集成电路的技术领域。

背景技术

LC振荡器是无线通信系统中的关键模块之一，以高精度、低相位噪声的晶振频率为参考，通过频率合成器的反馈和运算，使LC振荡器工作于参考频率的某个倍数，并输出高频率稳定度、高频谱纯度的本地振荡信号。本振信号送至混频器进行混频，在接收机中，下混频至低中频或直接变频；在发射机中，将输入信号上混频至所需的高频处，再经过功率放大器发射出去。振荡器有很多种，而能输出高频率、低相位噪声的只有LC振荡器。LC振荡器有电感三点式的（Hartley）结构，电容三点式的（Colpitts）结构，和负阻LC振荡器。振荡频率由电感L和电容C决定，而频率调谐则通过改变LC-TANK（电感电容共振腔）中电容值改变振荡频率，具体可以通过调节可变电容（Varactor）两端的电压来调节频率电容值，实现频率的调谐。振荡器控制电压对频率的调节用电压转换频率增益K_VCO表示，单位为MHz/V。因此，LC振荡器既是一个输出高频率、大信号的模块，也是一个超敏感模块，控制电压的轻微变化、可变电容两端电压的变化、以及电源电压的抖动和电源地由于噪声的反弹，都会通过K_VCO转换为频率的变化，造成频率的漂移，这种现象称之为幅度噪声转换为频率调制噪声（AM-FM）。

传统的宽带LC振荡器中，由于K_VCO太大，往往会恶化相位噪声，频谱纯度变差，因此在宽带LC振荡器设计中，通常使用MOS开关控制电容阵列的接入，控制多段子波段合成符合设计要求的整个频段。为了优化相位噪声，宽带LC振荡器的电压转换频率增益K_VCO都会设计的比较小，这样在所要求的频段内需要很多的子波段才可以达到设计要求。子波段之间的间距调节是通过MOS开关控制电容阵列中电容串的接入，MOS开关在导通时存在导通电阻，这会降低电容串的Q值，串入越多的电容串，整个LC-TANK的Q将得到严重地降低，这将会严重地恶化相位噪声，并且宽带LC振荡器在低频段，由于Q值低振荡器起振困难。

宽带LC振荡器中由于电容串的寄生效应，会使得子波段间距难以控制，建模存在非理想效应，由于电容的寄生效应增加了电路的复杂度，特别是在调谐范围很大的宽带LC振荡器中。这使得宽带LC振荡器的线性度得到很大的影响，要得到子波段的高线性，必须付出电路复杂，建模困难，LC振荡器Q值恶化的代价。

由于可变电容跨接在振荡器差分输出的两端，差分输出的正弦信号其幅度是随输出频率做正弦变化，其变化的最大值可为电源电压。这也就意味着可变电容在每个振荡周期内，尽管振荡器的控制电压（Vctrl）不变，可变电容两端的电压最大会出现电源电压的变化。因此在可变电容两端加上固定电容，再接入LC振荡器中，不仅可以降低由于幅度变化造成的幅度噪声转换为频率调制噪声（AM-FM）而且可以提高可变电容的线性调谐范围。但是，由于串入电容阵列会导致LC振荡器Q值降低，宽带LC振荡器中用MOS开关控制电容阵列导致电路复杂度上升，LC振荡器的相位噪声。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种应用于GNSS接收机的宽带LC振荡器，其结构紧凑，能提高LC振荡器的Q值，降低电路的复杂度，提高子波段间距的线性度，改善相位噪声，适应范围广，安全可靠。

按照本发明提供的技术方案，所述应用于GNSS接收机的宽带LC振荡器，包括偏置电流源及与所述偏置电流源连接的交叉耦合负阻放大器；所述交叉耦合负阻放大器与电感的两端对应连接，分别形成振荡器正输出端及振荡器负输出端，电感的中心端接地；所述振荡器正输出端与振荡器负输出端之间还设有自适应补偿可变电容阵列及间距控制可变电容阵列。

所述自适应补偿可变电容阵列包括第一组可变电容管、第二组可变电容管及第三组可变电容管；第一组可变电容管包括第一可变电容及第二可变电容，所述第一可变电容的负极端与第二可变电容的负极端连接及第三电阻的一端连接，第三电阻的另一端与第一控制电压连接，第一可变电容的正极端通过第三固定电容与振荡器正输出端连接，且第一可变电容的正极端通过第一电阻与偏置电压连接；第二可变电容的正极端通过第四固定电容与振荡器负输出端连接，且第二可变电容的正极端通过第二电阻与偏置电压连接；