[发明专利]使用寿命长的变压器耦合压控振荡器

说明书

技术领域

本发明涉及射频集成电路设计领域，具体涉及使用寿命长的变压器耦合压控振荡器。

背景技术

随着汽车智能化、车联网、安全汽车和新能源汽车时代的到来,汽车芯片的使用也更加广泛。对于应用于汽车之间通信的芯片设计也提出了越来越高的挑战。汽车通信芯片通常需要尽可能保持长时间的工作并且避免消耗过多的车辆的电能。对于应用在射频无线接收机的锁相环频率合成器而言，压控振荡器通常是其中最消耗电能的模块。为了在消耗尽可能小的功耗的前提下，尽量的保持电路的性能，降低电路的工作电压，使整个电路工作在亚阈值区域是最好的降低电路功耗的方法。但是降低电路的工作电压同时也会限制电路中的信号的幅度，这样会影响整个电路的信噪比，从而会影响电路的相位噪声的表现。在现有的无线通信系统中，压控振荡器通常是通过增加电路的功耗而获得更小的相位噪声表现，而压控振荡器作为一个需要消耗较大功耗的模块，需要在获得较小的相位噪声的同时又希望其工作在消耗最小功耗的状态，这需要设计者在设计压控振荡器的时候对相位噪声和功耗做出较好的折中。在现有的超低电压供电，超低功耗的压控振荡器设计中通常会采取特殊的工艺方法提高电感电容谐振回路的品质因数的方法来提高相位噪声性能的表现，但是效果不佳。在现有的压控振荡器设计中，通常采取电流偏置的结构，即在电路中加入由NMOS管或PNMOS管搭建的电流源电路为电路提供电流偏置，这种电路结构中电流管的存在会导致所需要的偏置电压升高，而增加功耗，同时现有压控振荡器由于供电电压不稳定，内部电器元件容易受到损坏，影响使用寿命。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是降低压控振荡器的相位噪声和偏置电压，降低压控振荡器所消耗的功耗，目的在于提供使用寿命长的变压器耦合压控振荡器，采取把主回路中的差分电感与副回路中的单圈电感通过变压器结构进行耦合的方法，提高变压器和电感电容谐振回路的品质因数，降低相位噪声；采取了去除尾电流管的设计，从而降低了所需要的偏置电压，实现了超低电压供电，超低功耗的设计；另外设置的稳压电路，供电稳定，避免过高或过低的电压损坏电器元件，延长了压控振荡器的使用寿命。

本发明通过下述技术方案实现：

使用寿命长的变压器耦合压控振荡器，包括相互连接的核心振荡电路和输出缓冲级电路，所述核心振荡电路包括稳压电路、电感电容谐振回路和负阻产生回路，电感电容谐振回路上主线圈差分电感L1与次级线圈电感L2通过变压器结构进行磁耦合，负阻产生回路由交叉耦合结构的NMOS管M1和NMOS管M2组成，负阻产生回路中的NMOS管M1的漏极与电感电容谐振回路中主线圈电感L1和固定电容C1并接点相连，NMOS管M2的漏极与电感电容谐振回路中主线圈电感L1与固定电容C3的并接点相连；稳压电路与电感电容谐振回路连接，所述稳压电路包括运算放大器A1、电阻R和稳压二极管D，稳压二极管D的正极接地，负极同时连接电阻R一端和运算放大器A1的同相输入端，电阻R的另一端同时连接电源Vin和运算放大器A的端口1，运算放大器A的端口2接地，运算放大器A的反相输入端与输出端连接，运算放大器A的输出端Vout同时连接电感电容谐振回路上主线圈差分电感L1和次级线圈电感L2。

本发明中的电感采用的是变压器结构的设计，将主振荡回路中的差分电感与次振荡回路中的单圈电感相耦合，与传统结构的两串联电感相比，提高了电感的品质因数，能够明显降低压控振荡器的相位噪声；同时由于主线圈与次线圈之间的相互耦合，减小所需要的电感尺寸，减小所需芯片面积。