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CN103208991A - 一种基于电感偏置的压控振荡器 - Google Patents

一种基于电感偏置的压控振荡器 Download PDF

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CN103208991A
CN103208991A CN2013100715194A CN201310071519A CN103208991A CN 103208991 A CN103208991 A CN 103208991A CN 2013100715194 A CN2013100715194 A CN 2013100715194A CN 201310071519 A CN201310071519 A CN 201310071519A CN 103208991 A CN103208991 A CN 103208991A
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CN
China
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input terminal
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capacitor
controlled oscillator
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CN2013100715194A
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English (en)
Inventor
汪瀚
黄鲁
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University of Science and Technology of China USTC
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University of Science and Technology of China USTC
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Abstract

一种基于电感偏置的压控振荡器包括：中心抽头电感L1和L2，变容管Cv1和Cv2，电容C1和C2，NMOS管NM1和NM2；电源由电感L1中心抽头端接入，L1的第一输入端分别与变容管Cv1的第一输入端、电容C1的第一输入端以及NMOS管NM1的漏极相连，并输出正振荡电压信号；电感L1的第二输入端分别与变容管Cv2的第一输入端、电容C2的第一输入端及NMOS管NM2的漏极相连，输出负振荡电压信号；变容管Cv1第二输入端与Cv2第二输入端相连,并作为电压控制信号的输入端；NMOS管NM1的源级接地，栅极接电感L2的第一输入端以及电容C2的第二输入端；NMOS管NM2的源级接地，栅极接电感L2的第二输入端以及电容C1的第二输入端；L2中心抽头端为偏置电平的输入端；本发明提高了压控振荡器的相位噪声性能。

Description

一种基于电感偏置的压控振荡器
技术领域
本发明涉及一种压控振荡器，特别是一种基于电感偏置的压控振荡器，属于射频集成电路技术领域。
背景技术
压控振荡器是锁相环中的关键模块，它的作用在电压的控制下产生高频本振信号，利用锁相环的反馈功能，为射频收发机提供稳定的参考时钟。压控振荡器最重要的指标是相位噪声，它是各种器件的低频噪声以及信号谐波经过变频至本振频率处对本振信号的影响。压控振荡器的相位噪声性能直接决定了锁相环的性能。
常用的压控振荡器可以分为环形压控振荡器和电感电容压控振荡器。环形压控振荡器调谐范围宽，占用芯片面积小，但是相位噪声性能较差，一般应用于中低性能的通信系统中。电感电容压控振荡器如图1所示，其采用电感和电容构成谐振回路，并利用交叉耦合管产生负阻来补偿谐振腔中的能量损耗，具有结构简单、易于起振等优点，并且其相位噪声性能远优于环形压控振荡器，广泛应用于射频收发系统中。
电感电容压控振荡器的相位噪声主要由互补交叉耦合管的沟道噪声和闪烁噪声向上变频产生，随着集成电路工艺的不断先进，晶体管尺寸的减小和工作频率的提高都在一定程度上恶化着相位噪声的性能。在一些对压控振荡器的相位噪声要求比较严格的射频系统，如GSM等，传统的电感电容压控振荡器很难满足技术要求。而根据参考文献【1】（P.An-dreani,X.Y.Wang and L.Vandi,“A Study of Phase Noise in Colpitts and LC-Tank CMOSOscillators”IEEE J.Solid-State Circuits,vol.40,no.5,pp.1107-1118,May.2005.）中的理论可以推导出，由电感电容压控振荡器的输出点至交叉耦合管栅极的增益可以有效的降低交叉耦合管的噪声。但是传统电感电容压控振荡器在这条线路上都是单位增益，没有作到合理利用。
发明内容
本发明技术解决问题：针对上述问题和不足，为了进一步提高传统电感电容压控振荡器的相位噪声性能，本发明提供了一种基于电感偏置的新型电感电容压控振荡器，利用电感偏置结构实现了由压控振荡器输出点至交叉耦合管栅极增益的提高，有效的降低了交叉耦合管的噪声，从而提高压控振荡器的相位噪声性能。电路结构简单，易于实现，可用在基于锁相环的射频收发机CMOS集成电路中。
本发明技术方案：一种基于电感偏置的压控振荡器，包括中心抽头电感L1和L2，变容管Cv1和Cv2，电容C1和C2，NMOS管NM1和NM2。电源VDD由电感L1的中心抽头端接入，L1的第一输入端分别与变容管Cv1的第一输入端、电容C1的第一输入端以及NMOS管NM1的漏极相连，并输出正振荡电压信号（Vout+）。电感L1的第二输入端分别与变容管Cv2的第一输入端、电容C2的第一输入端以及NMOS管NM2的漏极相连，并输出负振荡电压信号（Vout-）。变容管Cv1的第二输入端与Cv2的第二输入端相连，并作为电压控制信号Vctrl的输入端。NMOS管NM1的源级接地，栅极接电感L2的第一输入端以及电容C2的第二输入端。NMOS管NM2的源级接地，栅极接电感L2的第二输入端以及电容C1的第二输入端。L2的中心抽头端为偏置电平Vbias的输入端。
本发明与现有技术相比的有益效果在于：本发明在传统电感电容压控振荡器中合适位置加入了由中心抽头电感L2和电容C1、C2组成的偏置电路。通过合理的设计，该偏置电路可以提供远大于单位1的增益，从而有效的降低交叉耦合管的沟道噪声和闪烁噪声，提高压控振荡器的相位噪声性能。
附图说明
图1是传统电感电容压控振荡器电路图；
图2是本发明电感偏置的压控振荡器电路图；
图3是传统电感电容压控振荡器和本发明电感偏置的压控振荡器输出信号相位噪声对比图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
如图2所示，电源VDD由电感L1的中心抽头端接入，L1的第一输入端分别与变容管Cv1的第一输入端、电容C1的第一输入端以及NMOS管NM1的漏极相连，并输出正振荡电压信号（Vout+）。电感L1的第二输入端分别与变容管Cv2的第一输入端、电容C2的第一输入端以及NMOS管NM2的漏极相连，并输出负振荡电压信号（Vout-）。变容管Cv1的第二输入端与Cv2的第二输入端相连，并作为电压控制信号Vctrl的输入端。NMOS管NM1的源级接地，栅极接电感L2的第一输入端以及电容C2的第二输入端。NMOS管NM2的源级接地，栅极接电感L2的第二输入端以及电容C1的第二输入端。L2的中心抽头端为偏置电平Vbias的输入端。整个谐振腔由电感L1、L2，变容管Cv1、Cv2以及电容C1、C2构成，NMOS管NM1和NM2组成交叉耦合结构，为谐振腔提供负阻。电感L2和电容C1将正振荡电压信号Vout+隔直并重新偏置到电平Vbias后，输入到NMOS管NM2的栅极。电感L2和电容C2将负振荡电压信号Vout-隔直并重新偏置到电平Vbias后，输入到NMOS管NM1的栅极。
图3显示了本发明的电感偏置压控振荡器和传统电感电容压控振荡器在电感值一样，MOS管尺寸一样，工作频率都为5GHz，功耗都为5.1mW时的相位噪声对比图。由图可见，本发明新型压控振荡器的相位噪声在距中心频率偏移10KHz、100KHz和1MHz处分别比传统电感电容压控振荡器低10dB、5dB和3dB，可以体现本发明的电感偏置压控振荡器可以有效提高压控振荡器的相位噪声性能，并且电路结构非常简单，易于实现。

Claims (1)

1.一种基于电感偏置的压控振荡器，其特征在于包括：中心抽头电感L1和L2，变容管Cv1和Cv2，电容C1和C2，NMOS管NM1和NM2；电源VDD由电感L1的中心抽头端接入，L1的第一输入端分别与变容管Cv1的第一输入端、电容C1的第一输入端以及NMOS管NM1的漏极相连，并输出正振荡电压信号Vout+；电感L1的第二输入端分别与变容管Cv2的第一输入端、电容C2的第一输入端以及NMOS管NM2的漏极相连，并输出负振荡电压信号Vout-；变容管Cv1的第二输入端与Cv2的第二输入端相连，并作为电压控制信号Vctrl的输入端；NMOS管NM1的源级接地，栅极接电感L2的第一输入端以及电容C2的第二输入端；NMOS管NM2的源级接地，栅极接电感L2的第二输入端以及电容C1的第二输入端；L2的中心抽头端为偏置电平Vbias的输入端。
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C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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