[发明专利]含改进LC压控振荡器的锁相环集成电路

说明书

技术领域 本发明涉及电子振荡器或脉冲发生器的自动控制、起振、同步或稳定，特别是 涉及频率或相位的自动控制和同步，尤其涉及锁相环的组成部分一改进的LC压控振荡器。

背景技术 压控振荡器是锁相环中最重要的模块之一，用于产生高性能的振荡信号，在无 线通信系统得到非常广泛的应用，然而压控振荡器在实际应用中也存在一些问题，特别是 随着CMOS工艺向深亚微米方向发展，由于频率和电压之间的高度非线性以及电源电压降 低引起的小的电压摆幅，使得深亚微米CMOS工艺下的压控振荡器设计变得非常困难。

压控振荡器的一个问题是由于工艺、温度和电压波动导致的频率调谐范围无法满足设 计要求，为了增加压控振荡器的频率调谐范围，目前主要的方法是采用数字辅助频率调谐 的方法。这种方法是把压控振荡器宽的频率调谐范围变成一组重叠的曲线，从而能在较低 的增益下获得较宽的频率调谐范围。频率调谐的方法是针对电容进行调谐，有两种实现方 式：一种方式通过moscap电容实现频率调谐；另外一种方式是通过mim电容和开关一起 实现频率调谐。Moscap频率调谐主要的优点是无需开关，通过控制电压的高低就可以实现 电容的变化，但是在深亚微米工艺下，电源电压降到1.2V甚至更小，moscap的电容值在 电源电压范围内随电压变化改变较大，这使得压控振荡器对电源的改变非常敏感，极易耦 合衬底噪声。Mim电容和开关实现的频率调谐是一种广泛应用的方法，传统实现方法如图 6(a)所示，每组电容需要两个开关，主要缺点是开通电阻比较大，使得电容单元的品质 因子下降，不利于相位噪声的优化；另外的一种方法是如图6(b)所示，开关跨接在两个 电容之间，面临的问题是开关在开通时无法完全开通，在关断时无法关断，开关的电阻严 重影响电容的品质因子，不利于低相位噪声设计；为了消除图6(b)中的问题，人们又提 出了一种改进电路如图6(c)所示，在开关管的两侧各有两个mos管，当开通时，两侧的 nmos管Mn2和Mn3使得开关管能有效地开通，当断开时，两侧的pmos管Mp1和Mp2使得 开关管能有效地关断。图6(c)的主要的问题是需要一个不同于电源电压的偏置电压，该 电压必须非常干净，需要一个附加的滤波电容和偏置电压产生电路。另外，在开关管关断 时，两个pmos管Mp1和Mp2并没有完全开通，寄生电容对偏置电压非常敏感，影响谐振 电路的振荡频率。

压控振荡器另外的一个问题是受限于工艺，数字校正无法获得小于最小工艺变化的电 容，因而限制了数字校正的频率分辨率，为了提高数字校正的频率分辨率，传统的实现方 法如图7所示，开关关断时，电容为电容C1和C2串联的和；开关闭合时，电容为C1。开 关开通和闭合引起电容值的改变。这种方法主要的缺点是电容C1和C2串联，存在潜在的 不利影响，另外为了获得比较小的电容变化，需要电容C1和C2差值比较大，从而总的电 容值比较大，电容值过大，在相同的谐振频率下，减小了谐振电感的值，小的谐振电感， 意味着高的功耗和低的电感品质因子。

现代通信的发展对LC压控振荡器提出了越来越苛刻的要求，上述几种结构在频率分辨 率，频率调谐范围等都无法满足收发信机对振荡信号的要求，因此，需要一种改进的LC 压控振荡器电路的解决方案，能够解决上述相关技术中的问题。

现有技术存在以下不足：在频率分辨率，频率调谐范围等都无法满足收发信机对振荡 信号的要求。

1、Moscap频率调谐时，由于moscap的电容值在电源电压范围内随电压变化改变较 大，这使得压控振荡器对电源的改变非常敏感，极易耦合衬底噪声；

2、受限于工艺，数字校正无法获得小于最小工艺变化的电容，限制了数字校正的频 率分辨率。

发明内容 本发明要解决的技术问题在于避免上述现有技术的不足之处而提出一种含改 进LC压控振荡器的锁相环集成电路。