CN103248322A

CN103248322A - 一种正交输出压控振荡器及设计方法和振荡器芯片

Info

Publication number: CN103248322A
Application number: CN2013101842943A
Authority: CN
Inventors: 胡正飞; 黄敏娣; 张莉
Original assignee: Nanjing Post and Telecommunication University
Current assignee: Nanjing Post and Telecommunication University; Nanjing University of Posts and Telecommunications
Priority date: 2013-05-17
Filing date: 2013-05-17
Publication date: 2013-08-14

Abstract

本发明公开了一种正交输出压控振荡器及设计方法和振荡器芯片，所述压控振荡器结构由两级LC谐振单元构成，其中每级LC单元包括两对反相器和两对负阻单元，反相器用来增大输出摆幅，构成了负跨导单元，使振荡器容易起振，在谐振状态下，两个LC谐振单元提供90°的相位差，从而实现了正交输出。正交输出压控振荡器电路只采用了两个电感和4个可变电容，减小了面积，降低了电路成本。电路具有结构简单，低功耗和大输出摆幅的特点。正交输出压控振荡器芯片采用MOSFET、MESFET工艺，经过65nmCMOS工艺验证，输出摆幅可以达到电源电压1.2V，单级LC谐振单元电流仅为3mA，电路总功耗7.2mW。

Description

一种正交输出压控振荡器及设计方法和振荡器芯片

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及一种正交输出压控振荡器及设计方法和振荡器芯片。

背景技术

正交输出压控振荡器电路在无线通信系统和光纤通信系统中得到了广泛的应用。在无线通信系统中，用来产生本振信号的正交输出，实现正交混频、调制与解调的功能；在光纤通信系统中，作为时钟恢复电路中的振荡器，产生多相位的时钟输出，对接收端的数据进行低速的采样与鉴别，由此降低电路的工作频率，减小电路设计难度。同时正交输出压控振荡器还要求具有足够大的信号摆幅，低的功耗和较好的相位噪声性能等特点。

发明内容

本发明目的是对于多相位输出的压控振荡器电路有两种类型的结构，分为环形振荡器和LC谐振选频振荡器两种，环形振荡器具有宽的频率范围但是相位噪声性能比较差，LC谐振选频振荡器选频范围比较窄，但是具有较好的相位噪声性能，同时能够获得相对较高的工作频率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供一种正交输出压控振荡器及设计方法，所述方法是由两级LC谐振单元构成，其中每级LC单元包括两对反相器和两对负阻单元，反相器用来增大输出摆幅，构成了负跨导单元，使振荡器容易起振，在谐振状态下，两个LC谐振单元提供90°的相位差，从而实现了正交输出。本正交输出压控振荡器电路相对于其它的多相位振荡器电路，只采用了两个电感和4个可变电容，减小了面积，降低了电路成本。电路具有结构简单，低功耗和大输出摆幅的特点。

所述正交输出压控振荡器的连接方法是：

M1、M5、M6、M3、M9、M13、M14和M11的源端连接到电源VDD；M1的栅端连接M2、M13、M15的栅端和M11、M12、M14、M16的漏端，为0相位点；M1的漏端连接M5、M2、M7的漏端和M6、M8、M9、M10的栅端，为270相位点；M5的栅端连接M6、M3、M8、M14的漏端和M7、M11、M12的栅端，为90相位点；M3的栅端连接M4、M14、M16的栅端和M9、M13、M10、M15的漏端，为180相位点；

L1、C1和C2三器件并联，一端接M1、M5的漏端和M6的栅端，为270相位点；一端接M6、M3的漏端和M5的栅端，为90相位点；

L2、C3和C4三器件并联，一端接M9、M13的漏端和M14的栅端，为180相位点；一端接M14、M11的漏端和M13的栅端，为0相位点；

M2、M7、M8、M4、M10、M15、M16和M12的源端连接到地。

本发明还提供一种正交输出压控振荡器芯片，其结构包括：

采用两级LC谐振单元实现正交输出，每级LC谐振单元由两个反相器对和两个负跨导单元构成；每级LC选频网络由一个电感和两个可变电容构成；

M2、M7、M8、M4、M10、M15、M16和M12的源端连接到地。

除了采用上述正交输出压控振荡器及设计方法外，本发明还采用MOSFET、MESFET工艺来实现。

有益效果：

A)本发明的LC谐振单元中采用了P型晶体管和N型晶体管构成的反相器结构，可以将输出信号的摆幅增大到电源电压VDD值。

B）LC谐振单元中分别采用P型晶体管和N型晶体管构成的负跨导单元，使得该振荡器电路容易起振。

C）通过两级环形耦合结构，使得该振荡器获得了四路正交信号输出，简化了电路结构，降低了功耗。

D）每级LC谐振单元中只采用了一个电感，正交输出振荡器电路只有两个电感，减小了面积，降低了成本。

E）该电路已经过65nm CMOS工艺验证，输出摆幅可以达到电源电压1.2V，单级LC谐振单元电流仅为3mA，电路总功耗7.2mW。

附图说明：

图1是实施例中正交输出压控振荡器电路设计方法流程图。

图2是实施例中正交输出压控振荡器电路结构示意图。

具体实现方式：

下面结合说明书附图对本技术方案作进一步说明。

如图1和图2所示，本发明的多相位输出压控振荡器设计方法由两级LC谐振单元构成，其中每级LC单元包括两对反相器和两对负阻单元，反相器用来增大输出摆幅，构成了负跨导单元，使振荡器容易起振，在谐振状态下，两个LC谐振单元提供90°的相位差，从而实现了正交输出。本正交输出压控振荡器电路相对于其它的多相位振荡器电路，只采用了两个电感和4个可变电容，减小了面积，降低了电路成本。电路具有结构简单，低功耗和大输出摆幅的特点。

所述正交输出压控振荡器的连接方法是：

M2、M7、M8、M4、M10、M15、M16和M12的源端连接到地。

本发明的振荡器芯片可以采用MOSFET、MESFET工艺来实现。

本发明具有低功耗、大摆幅和结构简单的特点，经过65nm CMOS工艺验证，输出摆幅可以达到电源电压1.2V，单级LC谐振单元电流仅为3mA，电路总功耗7.2mW。在芯片中只采用了两个有源电感，占用的面积较小，降低了芯片成本。该正交输出振荡器电路可以应用于无线通信和光纤通信系统中，实现正交混频、调制与解调的功能；或者在光纤通信系统中，对接收端的数据进行低速的采样与鉴别，降低电路的工作频率，减小电路设计难度。

Claims

1.一种正交输出压控振荡器的设计方法，其特征在于：采用两级LC谐振单元，每级LC谐振单元由两个反相器对和两个负跨导单元构成；每级LC选频网络由一个电感和两个可变电容构成；

在第一级LC谐振单元中，所述两个反相器对分别由一只P型晶体管M1和一只N型晶体管M2、一只P型晶体管M3和一只N型晶体管M4构成；所述两个负跨导单元分别由两个P型晶体管M5和M6、两个N型晶体管M7和M8构成；所述LC选频网络由一个电感L1和两个可变电容C1和C2构成；

在第二级LC谐振单元中，所述两个反相器对分别由一只P型晶体管M9和一只N型晶体管M10、一只P型晶体管M11和一只N型晶体管M12构成；所述两个负跨导单元分别由两个P型晶体管M13和M14、两个N型晶体管M15和M16构成；所述LC选频网络由一个电感L2和两个可变电容C3和C4构成；

所述正交输出压控振荡器电路的连接方法如下：

M2、M7、M8、M4、M10、M15、M16和M12的源端连接到地。

2.一种权利要求1所述的一种正交输出压控振荡器的设计方法，其特征在于：采用两级LC谐振单元实现正交输出，每级LC谐振单元由两个反相器对和两个负跨导单元构成；每级LC选频网络由一个电感和两个可变电容构成；

M2、M7、M8、M4、M10、M15、M16和M12的源端连接到地。

3.一种正交输出压控振荡器芯片，其特征在于：所述芯片采用了权利要求2所述正交输出压控振荡器电路。

4.根据权利要求3所述的一种正交输出压控振荡器芯片，其特征在于：所述芯片中只采用两个有源电感。

5.根据权利要求3所述的一种正交输出压控振荡器芯片，其特征在于：所述芯片采用MOSFET和MESFET工艺。