[发明专利]达林顿差分考毕兹压控振荡器

说明书

本发明公开了一种达林顿差分考毕兹压控振荡器，包括有源负阻结构和电感电容谐振腔，通过HBT管级联构成高电流增益特性达林顿结构，并基于该达林顿结构形成有源负阻，该有源负阻可高灵敏地放大电路中的微弱信号，为压控振荡器提供足够的增益，提升振荡器的起振能力；降低谐振腔并联电阻引起的品质因数的退化，同时提高输出信号的频率响应特性。

技术领域

本发明属于微波毫米波集成电路领域，具体涉及一种达林顿差分考毕兹压控振荡器。

背景技术

压控振荡器（voltage-controlled oscillator，VCO）是频率源系统中工作频率最高的模块，它是将DC能量转变为AC波形的非线性电路。VCO是频率源的核心模块，它决定了频率源的一些关键性能，一个合理的VCO设计是实现频率源系统的良好性能的前提条件。当前主流的压控振荡器采用电感和电容谐振方式实现，即LC压控振荡器，电容包括固定电容和变容管(可变电容)；通过控制变容管的电压来改变电感和电容谐振频率，从而改变压控振荡器的输出频率。

考毕兹（Colpitts）振荡器属于电容三点式LC振荡器，它是由美国工程师Colpitts首次提出的振荡器结构，它的结构特点是：有源器件通过电容分压的方式进行信号反馈。考毕兹振荡器有共集电极、共基极和共射极3种结构，其中共集电极结构的谐振腔隔离度较高、电感寄生参数影响较小，因此常见于微波/毫米波压控振荡器的芯片设计中。

相对于微波/毫米波芯片设计中另一种常采用的交叉耦合LC压控振荡器结构而言，考毕兹压控振荡器具有更高的输出功率、更宽的调谐范围和更低的相位噪声。然而，考毕兹振荡器的起振比交叉耦合振荡器更加困难，有更高的无法起振的风险，需要晶体管提供更高的跨导值，因而晶体管的尺寸以及所需功耗也更大；同时大尺寸晶体管较低的输入阻抗使得VCO谐振腔的品质因数退化，输出功率和相位噪声恶化；并在输出端口引入较大的寄生电容，降低了VCO在微波/毫米波频段的高频响应能力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种达林顿差分考毕兹压控振荡器，适用于微波/毫米波振荡器芯片电路，具有低相位噪声以及更强的起振能力。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种达林顿差分考毕兹压控振荡器，包括：达林顿有源负阻结构、反馈电容、谐振变容管、谐振电容、谐振电感、去耦电感、偏置电阻。通过HBT管级联构成高电流增益特性达林顿结构，高灵敏地放大电路中的微弱信号，为VCO提供足够的增益，提升振荡器的起振能力；降低谐振腔并联电阻引起的品质因数的退化，同时提高输出信号的频率响应特性。

在一个或多个实施例中，所述达林顿有源负阻结构采用HBT三极管级联构成。达林顿电路可有四种接法：NPN+NPN，PNP+PNP，NPN+PNP，PNP+NPN：前二种是同极性接法，后二种是异极性接法。等效三极管极性与达林顿结构的前一级三极管相同。

在一个或多个实施例中，所述达林顿有源负阻结构的极性可为NPN型或PNP型或互补性。

所述谐振变容管形成差分对接，对接端设置有一个接入外部谐振电压信号的端口；

在一个实施例中，谐振变容管可通过外接偏置电压调整电容-电压曲线；

在一个实施例中，所述偏置电路采用有源电流源实现；

在一个实施例中，所述谐振电容可采用开关电容阵列实现；

在一个实施例中，所述去耦电感可采用具有中心抽头的差分电感实现；

在一个实施例中，所述谐振电感可采用具有中心抽头的差分电感实现。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：（1）采用的高电流增益特性达林顿结构（组合电流增益等于两只晶体管的电流增益的乘积）为VCO提供足够的环路增益，可高灵敏地放大电路中的微弱信号，有效提升了振荡器的起振能力。