CN103762945A

CN103762945A - 一种相位可调的精确正交压控振荡器电路

Info

Publication number: CN103762945A
Application number: CN201410025734.5A
Authority: CN
Inventors: 任俊彦; 马顺利; 蒋健兵; 叶凡; 李宁
Original assignee: Fudan University
Current assignee: Fudan University
Priority date: 2014-01-20
Filing date: 2014-01-20
Publication date: 2014-04-30

Abstract

本发明属于模拟射频集成电路技术领域，具体为一种可以实现相位可调的精确正交压控振荡器，可用于射频频率综合器集成电路中。该电路主要为一个注入锁定的正交压控振荡器。其中注入锁定的压控振荡器由负阻网络、片上电感电容谐振腔、电压控制的可变电容以及可调的偏置电路构成；正交压控振荡器则由两个注入锁定压控振荡器单元构成，其信号通过串联注入的方式进行耦合，从而达到输出正交的目的。可调的偏置电路包括压控振荡器的电流偏置和正交信号耦合注入的直流电压偏置。通过调节这些偏置电流和偏置电压，使得输出信号的相位可调，以此改善因工艺误差、器件适配等造成的相位误差，得到精确输出的正交信号。

Description

一种相位可调的精确正交压控振荡器电路

技术领域

本发明属于模拟射频集成电路技术领域，具体涉及一种可以实现相位可调的精确正交压控振荡器（Quadrature Voltage-Controlled Oscillator）。

背景技术

当今社会，信息化发展日新月异。随着互联网的快速发展，用户对高速度高质量的宽带视频、多媒体业务的应用需求不断增长，传统的通信技术已经不能满足需求。光通信技术技术因其巨大的带宽和超高的传输速率，成了通信应用领域的首选技术，因此也成为了国内外研究的热点。作为光通信应用中的核心芯片，超高速模数转换器(ADC)成为国内外研究的热点，而多通道ADC并行的时间交织结构成为突破单一结构ADC速度瓶颈的一个必然方向。然而通道之间的各种失调失配，以及多相采样时钟的采样时刻偏差和相位失配，严重制约着时间交织ADC的采样精度。因此，如何设计一个精确相位的多相时钟产生电路是研究超高速时间交织ADC必须要解决的一个难题。

不仅如此，在无线通信领域，正交变频技术在各种无线收发机中得到越来越广泛的应用。这主要是由于正交变频技术可以有效地避免无线接收机中的镜像抑制问题以及无线发射机中的镜像带杂散问题。正交变频技术采用正交本振信号与射频(或中频)信号进行混频来实现变频操作。本振信号的正交失配会引入额外的镜像干扰信号，从而降低无线接收机的信噪比。因此如何产生低噪声、高精度的正交本振信号也是无线工程师所要面对的一大挑战。

发明内容

本发明的目的在于提供一种相位可调的正交压控振荡器，以输出精确的正交信号。

本发明提供的相位可调的正交压控振荡器，是一种基于注入锁定技术和串联耦合技术的正交压控振荡器。该正交压控振荡器由两个注入锁定压控振荡器单元构成，其信号通过串联注入的方式进行耦合，从而输出正交信号；其中，注入锁定的压控振荡器由负阻网络、片上电感电容谐振腔、电压控制的可变电容以及两个可调的偏置电路构成。所述两个可调的偏置电路分为压控振荡器的可调的电流偏置和正交信号耦合注入的可调的直流电压偏置；通过改变偏置电流和偏置电压来调节注入锁定和正交耦合信号的能量，从而改善因工艺偏差和器件失配导致的相位误差，达到精确的正交信号输出。

所述负阻抗网络至少由两个晶体管交叉耦合连接形成。

所述的电感电容谐振腔至少由一个电感、一个电容（或电压控制电容阵列（DCCA））构成，谐振于所需要的工作频率。

所述可调的电流偏置包括至少一对镜像电流管，可调的电压偏置包括至少一个隔直电容和一个偏置电阻。

片上电感电容谐振、电压控制可变电容构成片上电感电容谐振网络。其中电容或DCCA可用于增大VCO的输出频率范围，可变电容则在控制电压Vtune下连续调节VCO的输出频率。

本发明对四路信号的偏置电流和耦合的偏置电压采用独立提供的方式，通过调节这些偏置电流和偏置电压，使得输出信号的相位可调，以此改善因工艺误差、器件适配等造成的相位误差，得到精确输出的正交信号。

附图说明

图1为传统正交压控振荡器结构示意图。

图2为单个电压控制电容阵列单元的结构示意图。

图3为本发明中相位可调的精确正交压控振荡器结构示意图。

图4单边带混频器原理示意图。

图5 相位可调的正交注入锁定分频器结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明中提出的相位可调精确正交压控振荡器作进一步说明。

传统的正交压控振荡器结构示意图如附图1所示。单个振荡器由晶体管M1、M2（M3、M4）和谐振腔LC构成。其中M1、M2（M3、M4）交叉耦合连接成负阻，与谐振腔一起产生一定频率的自激振荡。负阻接法可以抵消谐振腔中的能量损失，维持振荡。谐振腔主要由电感L和电压控制电容阵列(DCCA)以及电压控制的可变电容组成。其中DCCA可以扩展VCO的输出频率范围，可变电容管则在控制电压的作用下连续调节VCO的输出。单个DCCA的单元如附图2所示。压控振荡器的输出I（Q）路信号经过隔直电容之后，在偏置电压Vb的作用下通过晶体管M3、M4（M7、M8）与Q（I）路信号进行耦合作用，互相牵引，从而使得输出信号相位正交。其中耦合输入管与负阻管采用串联连接的方式，每个振荡器都由电流I进行偏置。

由于存在工艺误差和器件失配，如对称晶体管的大小失配、两个振荡器无源器件的尺寸失配等，输出的正交信号都存在一定的相位误差。本发明的相位可调精确正交压控振荡器结构示意图如附图3所示。本发明对正交的四路信号分别提供独立的偏置电流（I1、I2、I3、I4）和耦合偏置电压（Vb1、Vb2、Vb3、Vb4）。通过分别调节这些偏置电流和偏置电压来补偿工艺误差和器件失配，从而改善输出信号的相位误差，提高正交输出的精确度。

在实际应用中，可以通过单边带混频器对输出的正交信号进行混频，测试输出信号的镜像抑制比，根据下列公式得到其等效的正交误差，然后以此为依据对偏置进行调节。其中单边带混频器的结构示意图如附图4所示。

Figure 2014100257345100002DEST_PATH_IMAGE002

最后，本发明所提出的相位可调方法不仅局限于正交压控振荡器，也可以延伸到正交的注入锁定分频器。其应用的结构示意图如附图5所示。这是一个采用直接注入法的正交注入锁定分频器，并且没有尾电流源。其中注入信号的偏置电压Vb1、Vb2可调，同时正交耦合信号的偏置电压Vb_I+、Vb_I-、Vb_Q+、Vb_Q-也是可调的。

Claims

1. 一种相位可调的正交压控振荡器，其特征在于：由两个注入锁定的压控振荡器器构成，信号通过串联注入的方式进行耦合，从而输出正交信号；其中，注入锁定的压控振荡器由负阻网络、片上电感电容谐振腔、电压控制的可变电容以及两个可调的偏置电路构成；所述两个可调的偏置电路分为压控振荡器的可调的电流偏置和正交信号耦合注入的可调的直流电压偏置；通过改变偏置电流和偏置电压来调节注入锁定和正交耦合信号的能量，从而改善因工艺偏差和器件失配导致的相位误差，达到精确的正交信号输出。

2. 根据权利要求1所述的相位可调的正交压控振荡器，其特征在于所述负阻抗网络至少由两个晶体管交叉耦合连接形成。

3. 根据权利要求1所述的相位可调的正交压控振荡器，其特征在于所述电感电容谐振腔至少由一个电感、一个电容或电压控制电容阵列构成，谐振于所需要的工作频率。

4. 根据权利要求1所述的相位可调的正交压控振荡器，其特征在于所述可调的电流偏置包括至少一对镜像电流管，可调的电压偏置包括至少一个隔直电容和一个偏置电阻。

5. 根据权利要求1所述的相位可调的正交压控振荡器，其特征在于片上电感电容谐振腔、电压控制可变电容构成片上电感电容谐振网络；其中，电容或电压控制电容阵列用于增大正交压控振荡器的输出频率范围，可变电容则在控制电压Vtune下连续调节正交压控振荡器的输出频率。