[发明专利]一种低功率高性能的VCO电路

说明书

本发明公开了一种低功率高性能的VCO电路，包括带隙基准电路、低压差线性稳压电路LDO、电流转换器电路和环形振荡器电路，所述带隙基准电路、低压差线性稳压电路、电流转换器电路和环形振荡器电路从左至右依次连接，所述带隙基准电路用于提供不随温度和电源电压变化的基准电压，所述低压差线性稳压电路LDO用于将带隙基准产生电压加倍并使输出电压保持不变，所述电流转换器电路包括三层转换装置，所述环形振荡器电路由五级振荡器并联组成；本发明在低电压下输出频率高，随工艺变化小，频率可调范围大，压控振荡器的输出频率随温度的变化小，芯片成本低，电路结构简单，功耗低。

技术领域

本发明涉及电路领域，具体涉及一种低功率高性能的VCO电路。

背景技术

振荡器是一种用于产生正弦波、方波等重复信号的电子元件，广泛应用于通信、电子、航空航天、医学等各个领域；其中压控振荡器(VCO，Voltage-Controlled Oscillator)由于可以提供随电压变化的振荡频率，成为射频电路的重要组成部分，也被称为调频其，用于产生调频信号，在现代通信技术、蓝牙技术等方面普遍采用，在电子通信技术领域，VCO与电流源、运放具有同等重要的地位。

最初的VCO都是采用分立元件组装而成的，随着通信领域对终端产品不断提出轻、薄、短、小等要求，并且要求低成本、高性能、能够大批量生产等，因此关于压控振荡器的研究主要集中在电路结构、性能、体积和制作成本等方面，并且发展方向是采用主流标准CMOS工艺的VCO电路的设计开发。

目前压控振荡器主要包括LC压控振荡器、晶体压控振荡器和RC压控振荡器等三大类。其中LC压控振荡器是将压控元件——变容二极管放置在振荡回路中形成的；晶体压控振荡器则将变容二极管和石英晶体相串接而成的，由于这两种类型的VCO都无法兼容标准CMOS工艺，因此目前集成电路中大多采用RC压控振荡器，本发明针对RC压控振荡器。

RC压控振荡器包括了普通RC充放电振荡器和环形振荡器两大类。

在现有技术中，线性压控振荡器就是一种典型的RC充放电振荡器，这种类型的振荡器通过将电容上的电压与比较器的参考电压进行比较，得到周期性的振荡波形。RC充放电振荡器通常利用高电源电压来加快负载电容的充放电实现高频率；一旦电源电压降低，电场强度下降，半导体载流子移动速度变慢，开关速度也下降，从而导致频率降低。另外由于这种结构的VCO中采用电阻、电容等半导体器件，受工艺变化的影响，频率变化会比较大；另外由于增加了电阻、电容这些无源器件，导致集成电路加工过程中需要增加光刻掩膜层次，这样会大大增加芯片的成本。

环形振荡器中的延时单元可以是多种多样的。第一类：全差分环形振荡器常采用三到五级的结构。现有技术中典型的差分环形振荡器采用了对称负载的差分延时单元和反馈-复制偏置电路；还有一种差分环形振荡器，其中延时单元采用了电阻等无源器件，通过调节交叉耦合晶体管对的电阻值来对压控振荡器进行频率调节。由于CMOS工艺条件下很难制作阻值精确的电阻，因此也可用PMOS管代替电阻，当PMOS管处于深线性区是，其导通电阻几乎为常数。

第二类是由反相器构成的基本环形振荡器结构。反相器构成环形振荡器在普通的振荡器中非常普遍，其中反相器作为延时单元，这种振荡器中四级环路在某种工作状态下会出现锁死、无法振动的情形。为解决以上问题，在延时单元中添加了锁存器，可以打破锁死状态，增强了动态调节能力，实现电压控制频率的功能。

以上两类环形振荡器的结构相对较复杂，这样导致VCO的芯片面积较大，另外以上几种结构的VCO功耗相对较大，反相器构成的基本环形振荡器结构尽管功耗较以上全差分环形振荡器要小，但电路结构也较复杂，芯片面积无法做到很小。