[发明专利]低功耗低相位噪声的正交电感电容压控振荡器

说明书

技术领域

本发明涉及射频集成电路技术领域，尤其涉及一种低功耗低相位噪声的正交电感电容压控振荡器。

背景技术

近年来，随着现代无线通信技术的飞速发展，无线便携设备迅速普及，人们对于电子产品可移动化要求的提高收到了电池容量发展的限制，低功耗设计越来越受到人们的重视。同时，零中频和低中频收发机由于其低功耗、低成本和高集成度越来越多地应用到无线移动通信系统中。在零中频和低中频结构的收发机需要正交信号来实现正交调制和解调，这样一个低功耗低相位噪声的能实现准确正交相位输出的压控振荡器(VCO)成为收发机中的关键模块。

目前，实现正交相位输出压控振荡器的方法有多种。第一种是电阻电容(RC)多相滤波器，其相移与RC值密切相关，容易受到工艺、电压和温度的(PVT)影响，同时RC多相滤波器电路会导致信号衰减并引入电阻热噪声，需额外的放大级来放大信号，这也将引入好大的系统功耗。第二种是使用环形振荡器，环形振荡器多用在相位噪声要求不高且工作频率相对较低的情况下。根据环形振荡器中的延时级数，每一级输出一定的相位，级数越多，输出相位数目越多，同时延时越大，所产生的最大输出频率越小。第三种是VCO二分频结构，将VCO振荡在两倍的目标频率，再直接二分频实现正交，由于VCO和分频器都工作在目标频率的两倍频率处，导致功耗增加，而且正交性能会受到VCO输出波形占空比的影响。第四种方法是采用正交压控振荡器(QVCO)，直接将两个相同的电感电容压控振荡器(LC-VCO)耦合在一起，由于其输出具有更好的相位噪声性能和正交特性，QVCO得到了广泛的应用。

QVCO首先是由Rofougaran等人在1996年提出，其结构如附图1所示，这种结构中耦合管与开关管并联(称为P-QVCO)，定义耦合管与开关管之间的宽度比为耦合强度。在QVCO中，两个LC-VCO之间的各种失配会影响正交信号幅度和相位失配，其中幅度失配可通过输出缓冲器进行限幅调节，而幅度失配没有相应的调节措施，因此相位误差是QVCO的一个重要指标。在P-QVCO中，相位误差与耦合强度具有很强的函数关系，导致相位误差和相位噪声两者存在折衷，而且并联耦合管引入的噪声会直接进入谐振腔，恶化相位噪声。

Andreani等人在2002提出了将耦合管与开关管串联的QVCO结构(称为S-QVCO)，其结构如附图2所示。虽然该方案中相位误差仅仅是耦合强度的弱函数，可以同时优化相位误差和相位噪声性能，但是功耗和相位噪声依然较高，有必要做进一步的改进。

发明内容

本发明的目的是提供一种低功耗低相位噪声的正交电感电容压控振荡器，具有低功耗、低相位噪声、低相位误差和高线性增益的特点，适用于锁相环型频率综合器中。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种低功耗低相位噪声的正交电感电容压控振荡器，包括：两个具有相同结构的压控振荡器VCO、二极管连接的MOS管NM4及低通RC滤波器LPF；

其中，每一VCO均包括：电感与分布式变容管结构电路组成的LC谐振网络、与LC谐振网络相连的上P下N互补的负阻差分对管、以及与上P下N互补的负阻差分对管相连的串联耦合管及尾电流管；

两个VCO中的串联耦合管相连；二极管连接的MOS管NM4、低通RC滤波器LPF以及两个VCO中的尾电流管依次连接构成电流镜。

所述电感与分布式变容管结构电路组成的LC谐振网络包括：

分布式变容管结构电路包括：第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一变容管Cv1、第二变容管Cv2、第三变容管Cv3和第四变容管Cv4；其中：

第一电容C1的一端接第一电压输出端，另一端与第一电阻R1和第一变容管Cv1相连；第二电容C2的一端接第二电压输出端，另一端与第二电阻R2和第二变容管Cv2相连；第三电容C3的一端接第一电压输出端，另一端与第三电阻R3和第三变容管Cv3相连；第四电容C4的一端接第二电压输出端，另一端与第四电阻R4和第四变容管Cv4相连；第一电阻R1的另一端与第二电阻R2的另一端相连，接第一偏置电压VB1；第三电阻R3的另一端与第四电阻R4的另一端相连，接第二偏置电压VB2；四个变容管Cv1～Cv4的另一端相连在一起，接控制电压Vcont；

电感L的两端分别接VCO的第一电压输出端与第二电压输出端，从而与分布式变容管结构电路组成的LC谐振网络。