[发明专利]一种宽电压范围调谐增益恒定的LC‑VCO

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信电子电路技术领域，涉及电感、电容压控振荡器VCO，尤其涉及低电压、宽频率调谐范围LC-VCO在宽电压范围内调谐增益恒定的实现方法及电路模块。

背景技术

振荡器是无线通信系统中的核心模块之一，通常应用于锁相环系统中，给收发机提供稳定的本振载波信号。多模式、多频带接收机要求本振具有很宽的频率输出范围，这对VCO(压控振荡器)提出了宽调谐范围的要求。实现宽带VCO最简单的技术是多个VCO集成在同一芯片，通过多路开关来选择相应频带的VCO，但是该方法需要多个片上电感，会大大增加芯片面积，在工程上一般不采取该方法。此外，增加VCO的调谐增益KVCO也是一种实现宽带的方法，但是该方法有几方面的问题，首先是CMOS工艺中电容可调比例有限，受器件本身限制；其次是目前主流工艺电源电压都比较低，控制电压范围比较窄，单个曲线调谐范围不大，受到电源电压限制；再次，VCO的调谐增益KVCO太大，控制电压上的噪声到频率输出的增益会增加，恶化相位噪声。目前最常用的方法是开关电容阵列法，该方法可以实现较宽频带内的VCO输出频率覆盖。理想的VCO的调谐增益在整个调谐范围内保持为常数，但是在CMOS工艺中变容管只能在一定的电压范围内使调谐增益KVCO保持基本恒定，在实际应用中为了保持环路参数的稳定，我们只使用KVCO保持恒定的一段调谐曲线，这在无形中使VCO的调谐带宽变小。在开关电容阵列方法中会付出更多的开关电容组来弥补调谐带宽的损失，但是当开关电容组较多时，开关电容引入的寄生电容会增加又会减小调谐范围。

发明内容

本发明的目的是克服目前LC-VCO同一调谐曲线调谐增益恒定范围较窄的缺陷，公开了一种基于双偏置变容管的适用于低电压应用宽电压范围调谐增益恒定的LC-VCO结构。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种宽电压范围调谐增益恒定的LC-VCO，它是基于等效谐振电容器构成的LC-VCO电路模块，包括有源负阻电路、电感器、变容管组以及开关电容阵列；有源负阻电路、电感器、变容管组以及开关电容阵列均为并列连接；其中

所述变容管组采用全差分对称结构，其电容量随控制电压VCRL变化的等效电容为Cv；所述开关电容阵列等效电容为Cs；所述可变管组与所述开关电容阵列构成总的等效电容Cz；

所述电感器、所述总的等效电容Cz和所述有源负阻电路构成的并联等效谐振回路，用于决定LC-VCO的输出频率和品质因数Q；总的等效电容Cz通过控制电压VCRL、开关以及偏置电压的改变，用于改变LC-VCO的输出频率，实现频率调谐。

优选的，所述变容管组包括两对偏置在不同偏置点的变容管D1、D2和D3、D4；其中D1、D2变容管的一端接偏置电压VB1，另一端接控制电压VCTL；D3、D4变容管的一端接偏置电压VB2，另一端接控制电压VCRL。

优选的，所述LC-VCO电路模块为差分电路结构，其包括两路差分输出端VN和VP；两路差分输出端的输出信号幅度相等，相位相反。

优选的，所述有源负阻电路为由交叉耦合的MOS管或者BJT管构成的差分有源负阻电路，用于为LC-VCO提供能量维持振荡。

优选的，所述变容管组还包括多个隔离电阻和多个隔离电容，所述变容管D1和D2的一端通过隔离电阻连接到偏置电压VB1上，通过隔离电容连接到VCO是输出端；另一端连接到控制电压VCRL上；所述变容管D3和D4的一端通过隔离电阻连接到偏置电压VB2上，通过隔离电容连接到VCO是输出端；另一端连接到控制电压VCRL上。

优选的，所述开关电容阵列包括n组开关阵列，每一所述开关阵列均包括一对固定电容和一对开关，其中该一对固定电容与一对开关采用电学上的串联方式连接，一对开关设置在一对电容的两侧。

优选的，所述电感器为片上螺旋差分电感。

优选的，所述变容管D1、D2、D3、D4是基于CMOS工艺的变容管。

优选的，n的取值范围是2～6。

优选的，所述隔离电阻和所述隔离电容的数量相一致。