[发明专利]一种差分考比兹压控振荡器

说明书

本发明公开了一种差分考比兹压控振荡器，包括谐振电路、第一负阻电路、第二负阻电路和负阻增强电路。所述谐振电路为电感电容并联谐振结构，其决定了振荡器的振荡频率并提供频率调谐的功能；第一负阻电路和第二负阻电路用于产生负阻，以抵消所述谐振电路的阻性损耗，从而产生稳定的振荡输出；所述负阻增强电路用于进一步提高振荡器有源电路的负阻，缩短振荡器的起振时间；所述谐振电路的两个端口为差分振荡信号的输出端口。本发明可以在较低的电源电压下输出超过电源电压的单端振荡摆幅，并提供良好的相位噪声性能；具备低电压工作、高振荡摆幅、低相位噪声和短起振时间的特点。

技术领域

本发明属于集成电路领域，特别涉及一种差分考比兹压控振荡器。

背景技术

压控振荡器(voltage-controlled oscillator，VCO)作为无线收发机中的关键部件之一，其对系统的性能起着至关重要的作用。压控振荡器的相位噪声将会通过与带外干扰的互易混频、恶化信号的误差矢量幅度以及抬升同时同频全双工系统的接收噪声基底等方式降低系统的性能。

随着互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺的特征尺寸的不断缩小，MOS场效应晶体管(MOSFET)的耐压能力也不断降低，从而迫使芯片的电源电压持续下降。然而，较低的电源电压严重限制了压控振荡器的性能：首先，压控振荡器的振荡幅度会受到电源电压的限制，而压控振荡器的远端相位噪声(1/f²区域)反比于振荡信号的功率，因此其远端相位噪声性能会恶化。其次，较低的栅源偏置电压导致晶体管工作在亚阈值区，使得振荡器的起振变得更加困难。最后，因为本振缓冲器需要给混频器提供轨到轨的本振信号，而较低的压控振荡器振荡摆幅会增大本振缓冲器的功耗。

考比兹压控振荡器由于其晶体管的脉冲工作模式而具有优异的相位噪声性能，因此广泛用于无线收发系统，一种典型的漏–源反馈差分考比兹压控振荡器结构如图1所示。然而，该结构在低电压工作条件下面临起振困难的问题，而且振荡器的输出摆幅也受限于电源电压。为了在低压条件下提高振荡器的输出摆幅，目前主要的方法包括使用变压器反馈技术和使用额外的电感。图2(a)展示了一种基于变压器反馈的低压交叉耦合NMOS压控振荡器结构，其中NMOS晶体管的漏极和源极均有电感，因此其漏极电压和源极电压均可以超过电源轨，从而达到提高振荡摆幅、降低相位噪声的目的。由于片上变压器的建模较为复杂，这增大了该结构的电路设计难度。图2(b)展示了一种增强摆幅的差分考比兹压控振荡器结构，通过在NMOS晶体管源极增加额外的电感使得振荡电压可以低于地电平。然而，额外的电感需要占用较大的芯片面积，因此会增加芯片的成本。

发明内容

本发明为解决上述技术问题，提出了一种差分考比兹压控振荡器，在无需使用额外无源器件的条件下，实现高振荡摆幅、低相位噪声以及短起振时间的优异性能。

本发明采用的技术方案是：一种差分考比兹压控振荡器，包括：第一负阻电路、第二负阻电路、负阻增强电路以及谐振电路；所述谐振电路为电感电容并联谐振结构，决定振荡器的振荡频率；所述第一负阻电路和第二负阻电路用于产生负阻，以抵消谐振电路的阻性损耗，从而产生稳定的振荡输出；所述负阻增强电路用于提高振荡器的负阻，降低起振难度；

所述第一负阻电路的第一端与负阻增强电路的第五端连接，第一负阻电路的第二端与谐振电路的第一端连接；所述谐振电路的第二端与第二负阻电路的第二端连接，谐振电路的第三端接电源V_DD，谐振电路的第四端接频率调谐电压；所述第二负阻电路的第一端与负阻增强电路的第五端连接；所述第一负阻电路的第三端与负阻增强电路的第一端连接，第一负阻电路的第二端与负阻增强电路的第二端连接；所述第二负阻电路的第三端与负阻增强电路的第三端连接，第二负阻电路的第二端与负阻增强电路的第四端连接；所述负阻增强电路的第五端接地。