[发明专利]一种压控振荡器

说明书

技术领域

本发明属于射频收发机领域，具体涉及一种电感电容压控振荡器。

背景技术

目前，随着蓝牙、无线局域网和3G等无线应用的兴起，射频收发机的研究引起了人们的广泛兴趣，频率综合器为射频收发系统提供本地振荡信号，是收发机的重要组成部分。而高性能高集成度的压控振荡器是频率综合器和收发机面临的重要挑战。

目前通信标准要求的载波频率大都在1GHz以上，信道频带也常较宽。这就要求振荡器具有中心频率高、调谐范围宽、相位噪声低和功耗低的特点。压控振荡器可分为两大类：电感电容振荡器和环型振荡器。环型振荡器噪声性能差，功耗高，这些缺点限制了它在高性能通信系统中的应用，因此，射频通信系统大都使用电感电容振荡器。

相位噪声和抖动是用来衡量振荡器噪声性能的参数，相位噪声是在频率域来衡量振荡器的频谱纯度，而抖动是在时间域来衡量振荡器信号过零点的时间不确定性，它们是对同一现象的不同描述，从原理上来说，它们是等效的。当振荡器用来做本地振荡信号时，一般用相位噪声来描述它的噪声性能，而当振荡器用作时钟发生器时，一般用抖动来描述它的噪声性能。锁相环的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）是频率综合器的重要组成部分，频综的远端相位噪声主要由压控振荡器决定，因而设计低噪声VCO显得十分关键。低噪声VCO甚至是一些通信标准电路实现的瓶颈。近些年来，人们对压控振荡器进行了大量的研究，取得很大成效，但努力减小相位噪声仍是研究的热点。

普通的电压偏置型LC振荡器如图2所示，M1，M2为NMOS互耦对，形成负阻，抵消谐振腔中的电阻损耗，维持电路稳定振荡。电容的两端形成振荡器的差分输出端。通常结构中耦合对下面的电流源被短路到地的导线取代。在这种振荡器中，两个晶体管的                                                与谐振回路上的差分电压幅度相等，但方向相反。当振荡信号为0时，两个晶体管都工作于饱和区，没有能量注入谐振腔。当振荡信号增加到超过晶体管的阈值电压时，一个晶体管的超过+，迫使它进入线性区工作，而另一个晶体管的进一步减小，迫使其进入更深的饱和区。在线性区工作的晶体管相当于一个电阻，给谐振腔回路引入额外的损耗，而且该电阻会随着振荡信号的增加而减小，引入的损耗也会增加。在下一个半周期，两个晶体管的工作状态会发生转换，另一个晶体管会进入线性区工作，给谐振回路引入损耗。这些损耗会降低Q值，从而增大振荡器的相位噪声。

发明内容

本发明的目的在于改善压控振荡器的相位噪声，在基本的LC振荡器的电路基础上，结合Hajimiri相位噪声模型，提出了一种结构合理、简单的优化振荡器相位噪声的压控振荡器。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：压控振荡器，包括有电感L和电容C、NMOS管M1、NMOS管M2，电感L和电容C并联，NMOS管M1和NMOS管M2组成NMOS互耦对，NMOS管M1的漏极与NMOS管M2的栅极相接再与电容C的一端连接，NMOS管M2的漏极与NMOS管M1的栅极相接再与电容C的另一端连接，NMOS管M1和NMOS管M2的源极相接，还包括有NMOS管M3、NMOS管M4，NMOS管M3、NMOS管M4的漏极与NMOS管M1、NMOS管M2的源极相接，NMOS管M3、NMOS管M4的栅极分别与电容C的两端相连，NMOS管M3和NMOS管M4的源极相接后接地。

所述的电感L为COMS工艺的片上螺旋电感。

所述的电容C为CMOS工艺的电容。

本发明的有益效果：

本发明提出一种可优化振荡器相噪的电流源，使其在振荡波形的峰、谷值处向谐振环路注入电流，而其他时刻不注入电流，减小了互耦对和电流源对相位噪声的影响，优化了LC振荡器的相位噪声性能。

附图说明

图１是振荡输出差分波形、ISF函数波形、注入电流波形对比示意图。

图２是现有的普通电压偏置型LC振荡器电路图。

图３是本发明具有优化相位噪声效果的LC振荡器电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

本发明详细分析了LC压控振荡器的相位噪声模型，找出可以提高振荡器相位噪声性能的具体实现方法，具体过程如下：

LC振荡器的噪声模型分析