[发明专利]一种宽调谐低相噪微带压控振荡器

说明书

本发明公开了一种宽调谐低相噪微带压控振荡器，谐振网络和输出匹配网络均连接于负阻网络；负阻网络包括超低噪场效应管M和反馈网络，谐振网络连接于超低噪场效应管M的栅极，输出匹配网络连接于超低噪场效应管M的漏极；反馈网络的一端连接于超低噪场效应管M的源极，另一端接地；反馈网络使得超低噪场效应管M的栅极获得负阻抗，并使得超低噪场效应管M的漏极获得高输出功率。本发明一种宽调谐低相噪微带压控振荡器，通过设置上述器件，通过对晶体管输出匹配网络结构进行合理设计，提出了一种宽调谐低相噪微带振荡器。这种设计理念所实现的振荡器不仅解决了目前存在的问题，而且其结构紧凑、成本低廉且易于实现，对VCO的研究意义重大。

技术领域

本发明涉及电子信息技术领域，具体涉及一种宽调谐低相噪微带压控振荡器。

背景技术

现今各种通信系统对频率合成器的相位噪声要求越来越高。相位噪声是信息传输质量和可靠性的重要参数。压控振荡器(VCO)是射频收发器中的一个核心模块，频率合成器的相位噪声主要由VCO决定，因而高性能压控振荡器的设计变得十分关键。

从电路结构来分，压控振荡器主要有两类：环路振荡器和LC振荡器。环路振荡器能获得大的调谐范围，易于集成，但是其相位噪声性能不如LC振荡器。在LC振荡器中，可以通过采用电容比值C_max/C_min大的MOS变容管来获得宽的调谐范围。同时因为Q值很高，所以也能获得好的相位噪声。然而，在实际应用中，系统的相位噪声与压控振荡器的灵敏度(K_VCO)有关。因为在频率合成器中，前级模块的噪声直接加在压控振荡器的输入端。因此实际的压控振荡器在获得大的调谐范围的情况下，必须尽量减小压控振荡器的灵敏度。另外，影响LC压控振荡器相位噪声的主要因素还有：尾电流源、片上电感的Q值以及输出信号的幅度和对称性。

在LC压控振荡器中，通常采用有源器件产生负电导(-G_m)来补偿集成电感和可变电容的电阻损失，如图1所示。图1中的G_tank表示由电感和电容引起的电阻损失，当有源器件足以补偿电阻损失时，即G_active≥G_tank时，LC压控振荡器能够维持振荡。

在传统压控振荡器中，主要可分为晶体压控振荡器、RC压控振荡器和LC压控振荡器。晶体压控振荡器(VCXO)主要由石英谐振器、变容二极管和振荡电路组成，其工作原理是通过控制电压来改变变容二极管的电容，从而“牵引”石英谐振器的频率，以达到频率调制的目的。VCXO大多用于锁相技术、频率负反馈调制的目的；RC压控振荡器多用在单片集成电路中；LC压控振荡器通常是用变容二极管C与电感L，所接成的LC谐振电路。提高变容二极管的逆向偏压，二极管内的空泛区会加大，两导体面之距离一变长，电容就降低了，此LC电路的谐振频率，就会被提高。反之，降低逆向偏压时，二极管内的电容变大，频率就会降低。晶体压控振荡器的频率稳定度高，但调频范围窄；RC压控振荡器的频率稳定度低而调频范围宽，LC压控振荡器居二者之间。

研究表明，由于LC谐振腔的Q值很高，因而这种类型的VCO的相位噪声很低，因而常用于对频率抖动要求非常低的频率合成器中。并且这种结构的工作频率只与电感L和电容C有关，通过减小电感或电容并减小电路的寄生电容可以使得电路工作在很高的工作频率下。

基于以上讨论，本发明选用LC压控振荡器，设计了一款基于平面结构的宽调谐振荡器。该设计将开路线作为输出匹配的方式，开路线在二次谐波频率处相当于开路线，也相当于一个对地的带通滤波器，因而能有效地抑制了二次谐波；晶体管采用共源串联反馈拓扑结构，使得在栅极处获得负阻抗，在漏极处获得高输出功率。这一设计使得该振荡器获得较宽的调谐范围。综上所述，该设计电路简单易实现，且设计过程大大减小了电路尺寸，这符合小型化的设计思想。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术中的VCO频率稳定度低，调频范围窄并且电路复杂不易实现，目的在于提供一种宽调谐低相噪微带压控振荡器，解决上述问题。