[发明专利]一种低相位噪声的电感电容压控振荡器

说明书

技术领域

本发明涉及一种电感电容压控振荡器，特别是涉及一种动态电流源噪声抑制的低相位噪声的电感电容压控振荡器。

背景技术

低相位噪声的电感电容压控振荡器是锁相环中不可或缺的模块，也是现代通信系统中不可或缺的本振信号产生模块，当前常用的几种电感电容压控振荡器中，电流源的噪声贡献了相位噪声的主要部分。

图1为现有技术中3种典型电感电容压控振荡器，基准电流源I5、I6、I7产生基准电流，NMOS管M7-M8或NMOS管M11-12或NMOS管M13-14组成1：N的第一镜像恒流源，第一镜像恒流源的输出再连接至PMOS管M1-M2或PMOS管M17-M18或PMOS管M21-M22组成1：M的第二镜像恒流源，NMOS管M3-M4、PMOS管M5-M6交叉耦合与可变电容C2-C3、电容C6-C7、电感L1组成压控振荡电路，或PMOS管M15-16交叉耦合与可变电容C4-5、电容C8-9、电感L2组成压控振荡电路，或NMOS管M9-10交叉耦合与可变电容C10-11、电容C12-13、电感L4组成压控振荡电路，第二镜像恒流源的输出连接至压控振荡电路，并在第二镜像恒流源的两个PMOS管的栅极间增加RC滤波器如R0与C14、R1与C15、R2与C16来抑制偏置电路(基准电流源、第一镜像恒流源、第二镜像恒流源)的噪声。但是为了有效的滤除偏置电路的噪声，需要RC滤波器的带宽比较低，这样就需要比较大的R×C值，由于电阻也会贡献噪声，那就需要比较大的电容，而集成电路中电容构建效率较低，这就会占用比较大的基片(Wafer)面积。

以下以图1所示的传统电感电容压控振荡器的其中一种进行分析，其电路如图2a，仿真结果如图2b。

从图2b中可以看出振荡器工作的3个明显的区域，在图中1和3区域，某一个交叉耦合管(负阻管)导通，另外一个交叉耦合管截止，尾部电流源全部通过导通管；在区域2，两个交叉耦合管M15-16同时导通，尾部电流在两个管子之间分配。

假设尾部第二镜像恒流源源的噪声是恒定的，通过分析交叉耦合管的工作状态可以得出该噪声源是如何传递到谐振腔中。当只有一个交叉耦合管导通时，尾部电流源的噪声直接传递到谐振腔，传递函数的增益是1或者-1取决于哪一个管子导通，此时噪声最差；当两个管子同时导通，传递到谐振腔的噪声为分别流过两个管子的噪声电流的差值(注意：由于两部分噪声是同一噪声源的，是直接相关的，所以是差值，否则应该是噪声功率的叠加)。在图中A点，电流平分到两个交叉耦合管中，噪声也平分到谐振腔的两端，所以该点噪声传递函数是0即噪声最低。由于电路噪声取决于最差噪声，虽然存在某段时间噪声较低(A点)，但在仅有一个交叉耦合管导通时，其噪声很高，因此，电路的噪声性能较差。

发明内容

为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种低相位噪声的电感电容压控振荡器，其在压控振荡器的振荡幅度大于某个阈值之后，把尾部电流源(第二镜像恒流源)关断，使振荡器靠压控振荡器谐振腔中储存的能量继续振荡，达到降低尾部电流源(第二镜像恒流源)噪声传递到谐振腔的噪声能量，进而降低相位噪声的目的，本发明可显著改善压控振荡器噪声而且不需要采用大面积的RC滤波器。

为达到上述目的，本发明提供一种低相位噪声的电感电容压控振荡器，包括第一镜像恒流源、第二镜像恒流源、压控振荡器，所述电感电容压控振荡器还包括动态电流源噪声抑制电路，所述第一镜像恒流源的输出连接至所述动态电流源噪声抑制电路以作为后续电路的偏置，所述所述动态电流源噪声抑制电路受控于所述压控振荡器的输出，用于在所述压控振荡器的输出高出阈值后关断偏置电流，其输出连接至所述第二镜像恒流源。

进一步地，所述动态电流源噪声抑制电路包括串联连接的第五PMOS管与第六PMOS管，所述第六PMOS管漏极接所述第一镜像恒流源输出端，源极连接所述第五PMOS管漏极，所述第五PMOS管源极连接至第二镜像恒流源的偏置输入端，所述第五PMOS管与第六PMOS管的栅极分别接所述压控振荡器的两输出端。

进一步地，所述第一镜像恒流源将基准电流源按1：N镜像为一较大电流输出至所述动态电流源噪声抑制电路用作后续电路的偏置。

进一步地，所述第一镜像恒流源至少包括基准电流源、栅漏相连的第七NMOS管以及作为镜像输出管的第八NMOS管，所述基准电流源连接所述第七NMOS管漏极，所述第八NMOS管漏极连接至所述第六PMOS管漏极，所述第七NMOS管以及第八NMOS管源极接地，栅极互连。