[发明专利]一种宽带混合调谐环形压控振荡器

说明书

技术领域

本发明涉及压控振荡器领域，具体涉及一种宽带混合调谐环形压控振荡器。

背景技术

压控振荡器因其可以实现频率随控制电压变化而变化被广泛的应用在基于锁相环的频率综合器(图1)的设计中。环形压控振荡器可在较低功耗，较小版图面积下实现宽的频率调谐范围，应用在锁相环路中，可有效抑制温度等非理想因素对环路性能的影响；其中，为了减小振荡器的电压-频率增益，压控振荡器引入数字调谐方式，通过数控电流源电路产生不同大小的充电电流，实现对振荡频率的粗调，但数字调谐无法实现连续的频率调谐范围，而变容管具有电容值随控制电压变化而变化的特性，应用在环形压控振荡器中可以实现对振荡频率的连续调谐。

目前高频、宽带数字通信的发展趋势提升了对低抖动、低相位噪声时钟产生电路的需求。锁相环技术因其可以获得高的频率精度被广泛应用在大多数合成器中。压控振荡器作为锁相环的一个重要组成部分，其调谐范围、宽带等特性直接影响锁相环路的性能。一种常见的宽带环形压控振荡器采用了电流偏置的结构([1]Z.Cao,Y.Li and S.Yan,"A 0.4ps-RMS-Jitter 1–3 GHz Ring-Oscillator PLL Using Phase-Noise Preamplification,"in IEEE Journal of Solid-State Circuits,vol.43,no.9,pp.2079-2089,Sept.2008.)，该结构基于环形压控振荡器的C和R均可以影响振荡频率的思想，采用了由IDAC和由N型场效应管构成的CDAC电路偏置实现频率调谐，可实现宽带数字调谐，同时实现比较好的相位噪声性能，但该结构引入了复杂的电压电流转换电路(图4绘制了电压电流转换电路的原理图)，增加了设计难度并带来了额外的功耗，同时电压电流转换电路上的噪声也会恶化环形压控振荡器的相位噪声。一种全数字调谐的电流饥饿型伪差分注入锁定环形压控振荡器也可实现宽的调频范围([2]X.Liu,M.M.Izad,L.Yao and C.H.Heng,"A 13pJ/bit 900MHz QPSK/16-QAM Band Shaped Transmitter Based on Injection Locking and Digital PA for Biomedical Applications,"in IEEE Journal of Solid-State Circuits,vol.49,no.11,pp.2408-2421,Nov.2014.)。该结构也是通过数字控制的电流DAC实现振荡频率调节，由于数字控制无法实现连续调频，该结构引入了特定脉冲产生电路去获得小于半振荡周期的注入脉冲宽度，使电路的设计变得复杂，同时也不能从本质上解决频率调谐不连续的问题；该结构的优点在于提出了一种采用完全相同的延迟单元并引入相位滤波电阻降低失配的方法。

本发明基于传统的电流受限型差分延迟单元，结合变容管电容值随控制电压变化而变化的特性，通过结合数控电流源电路对环形压控振荡器核心电路的频率粗调和环形压控振荡器核心电路中变容管cvar1、cvar2、cvar3、cvar4、cvar5、cvar6、cvar7、cvar8的频率细调，可以实现在获得宽调谐范围的同时降低压振荡器的电压-频率增益K_VCO，以改善环形压控振荡器的相位噪声性能。同时，变容管的引入可以简化环形压控振荡器在锁相环电路中应用于环路滤波器的接口。

发明内容

为了适应目前宽带、数字通信的发展趋势，本发明针对锁相环路中的重要组成部分压控振荡器，提出了一种由电压和电流混合调谐的宽带环形压控振荡器结构。