CN114900129A - 一种减少闪烁噪声上变频的翻转互补低噪声压控振荡器 - Google Patents

一种减少闪烁噪声上变频的翻转互补低噪声压控振荡器 Download PDF

Info

Publication number
CN114900129A
CN114900129A CN202210545578.XA CN202210545578A CN114900129A CN 114900129 A CN114900129 A CN 114900129A CN 202210545578 A CN202210545578 A CN 202210545578A CN 114900129 A CN114900129 A CN 114900129A
Authority
CN
China
Prior art keywords
capacitor
inductor
tube
pmos
transistor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210545578.XA
Other languages
English (en)
Inventor
徐志伟
李泉涌
陈姜波
杜立康
王圣杰
宋春毅
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhejiang University ZJU
Original Assignee
Zhejiang University ZJU
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhejiang University ZJU filed Critical Zhejiang University ZJU
Priority to CN202210545578.XA priority Critical patent/CN114900129A/zh
Priority to PCT/CN2022/105179 priority patent/WO2023221276A1/zh
Publication of CN114900129A publication Critical patent/CN114900129A/zh
Priority to US18/335,102 priority patent/US20230378909A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/08—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance
    • H03B5/12—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device
    • H03B5/1228—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device the amplifier comprising one or more field effect transistors
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/02—Details

Landscapes

  • Inductance-Capacitance Distribution Constants And Capacitance-Resistance Oscillators (AREA)

Abstract

本发明公开了一种减少闪烁噪声上变频的翻转互补低噪声压控振荡器。在雷达技术应用中，压控振荡器的电压/频率增益过大，使得低频噪声影响了相位噪声。本发明通过提出的翻转互补结构以及尾电感，使得压控振荡器获得更大的跨导，抑制了噪声，实现减少闪烁噪声上变频的功能。与传统技术使用单个互耦对相比，本发明提出的翻转互补结构对电流进行复用，提升性能的同时节省整体功耗，且结构简单；与传统的互补结构相比，本发明提出的压控振荡器减少了闪烁噪声上变频，改善了相位噪声。基于本发明可进一步产生IQ正交差分信号的电路，以及衬底注入形式的翻转互补低噪声压控振荡器和对应的产生IQ正交差分信号的电路。

Description

一种减少闪烁噪声上变频的翻转互补低噪声压控振荡器
技术领域
本发明涉及集成电路技术领域，具体地涉及一种减少闪烁噪声上变频的翻转互补低噪声压控振荡器。
背景技术
随着雷达技术的更新发展，毫米波雷达技术逐渐成为研究热点。压控振荡器(Voltage Controlled Oscillator，VCO)作为毫米波雷达技术中的关键电路模块，其设计存在许多的挑战：(1)相位噪声性能的恶化，这主要是由于工作频率升高到毫米波频段之后，无源器件的品质因数(Q值)显著的下降导致；(2)互补金属氧化物半导体(CMOS)器件本身固有的闪烁噪声严重的影响毫米波VCO的近端相位噪声，即闪烁噪声性能差。
此外，由于晶体管可变电容器具有非线性的C-V曲线，导致相位噪声在调谐范围内不一致，压控振荡器产生的所有噪声都会通过压控振荡器的KVCO进行调制载波，并产生额外的相位噪声。这一部分相位噪声可以添加到经典的Leeson噪声模型中，其定义如下：
Figure BDA0003647174570000011
其中f0是振荡频率，fm是频率偏移，F是晶体管放大器的噪声系数，k是玻尔兹曼常量，T是温度，Ps是闪烁噪声角频率，Vm表示低频噪声的等效幅度，单位为
Figure BDA0003647174570000012
在通信应用中，由于KVCO很小，所以后项可以忽略，前项的leeson噪声占主导地位，并决定了振荡器的相位噪声。但对于雷达应用，特别是需要大调谐范围的雷达，如FMCW雷达，KVCO将非常大，这意味着VCO具有高的电压/频率增益，后项无法忽略，低频噪声如闪烁噪声等将较大的影响振荡器的相位噪声。
在毫米波雷达技术中，传统的互补结构VCO电路抑制闪烁噪声等低频噪声上变频的能力较差，使得整体的相位噪声也较差。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明目的在于不增加电路复杂度的情况下，在KVCO较大的雷达技术应用中，实现低噪声的毫米波信号输出。
本发明提出了一种减少闪烁噪声上变频的翻转互补低噪声压控振荡器。同时，基于本发明提出的翻转互补低噪声压控振荡器，进一步提出可以产生IQ正交差分信号的电路，以及衬底注入形式的翻转互补低噪声压控振荡器和对应的产生IQ正交差分信号的电路。
进一步地，所述低噪声压控振荡器包括：电感L1，电感L2，电感L3，电容阵列C1，可变电容C2，电容C3，电容C4，可变电容C5，电容阵列C6，NMOS管M1，NMOS管M2，PMOS管M3，PMOS管M4，以及端口OUTP，端口OUTN。电感L1和电容阵列C1，可变电容C2并联，NMOS管M1和NMOS管M2组成NMOS互耦对，NMOS管M1的漏极与NMOS管M2的栅极相接再与电感L1的a端连接，NMOS管M2的漏极与NMOS管M1的栅极相接再与电感L1的b端连接，电感L3和可变电容C5，电容阵列C6并联，PMOS管M3和PMOS管M4组成PMOS互耦对，PMOS管M3的漏极与PMOS管M4的栅极相接再与电感L3的a端连接，PMOS管M4的漏极与PMOS管M3的栅极相接再与电感L3的b端连接，NMOS管M1和NMOS管M2的源级相接再与电感L2的a端连接，PMOS管M3和PMOS管M4的源级相接再与电感L2的b端连接，电容C3的a端与NMOS管M1的漏极连接，电容C3的b端与PMOS管M3的漏极连接，电容C4的a端与NMOS管M2的漏极连接，电容C4的b端与PMOS管M4的漏极连接，电感L1的中心抽头接供电电源，电感L3的中心抽头接地，端口OUTP与NMOS管M1的漏极连接，端口OUTN与NMOS管M2的漏极连接，差分信号从端口OUTP，端口OUTN流出。
NMOS管M1和NMOS管M2相同，电容阵列C1和电容阵列C6相同，可变电容C2和可变电容C5相同，电容C3和电容C4相同，PMOS管M3和PMOS管M4相同。
进一步地，所述可变电容包括：晶体管可变电容器C1’、C2’，电容C3’、C4’，电阻R1、R2，四个端口VOP、VON、VCTRL和VIBIAS。端口VOP与电容C3’的a端连接，电容C3’的b端与电阻R1的b端和晶体管可变电容器C1’的a端连接；端口VON与电容C4’的a端连接，电容C4’的b端与电阻R2的b端和晶体管可变电容器C2’的a端连接。端口VCTRL与晶体管可变电容器C1’的b端和晶体管可变电容器C2’的b端连接，端口VIBIAS与电阻R1的a端和电阻R2的a端连接。
晶体管可变电容器C1’和C2’相同，电容C3’和C4’相同，电阻R1和R2相同。
进一步地，所述的产生IQ差分正交信号的翻转互补低噪声压控振荡器电路，其包括：电感L1，电感L2，电感L3，电感L4，电感L5，电感L6，电容阵列C1，可变电容C2，电容C3，电容C4，可变电容C5，电容阵列C6，电容阵列C7，可变电容C8，电容C9，电容C10，可变电容C11，电容阵列C12，NMOS管M1，NMOS管M2，PMOS管M3，PMOS管M4，NMOS管M5，NMOS管M6，PMOS管M7，PMOS管M8，以及端口OUTP_I，端口OUTN_I，端口OUTP_Q，端口OUTN_Q。电感L1和电容阵列C1，可变电容C2并联，NMOS管M1和NMOS管M2组成NMOS互耦对，NMOS管M1的漏极与NMOS管M2的栅极相接再与电感L1的a端连接，NMOS管M2的漏极与NMOS管M1的栅极相接再与电感L1的b端连接，电感L3和可变电容C5，电容阵列C6并联，PMOS管M3和PMOS管M4组成PMOS互耦对，PMOS管M3的漏极与PMOS管M4的栅极相接再与电感L3的a端连接，PMOS管M4的漏极与PMOS管M3的栅极相接再与电感L3的b端连接，NMOS管M1和NMOS管M2的源级相接再与电感L2的a端连接，PMOS管M3和PMOS管M4的源级相接再与电感L2的b端连接，电容C3的a端与NMOS管M1的漏极连接，电容C3的b端与PMOS管M3的漏极连接，电容C4的a端与NMOS管M2的漏极连接，电容C4的b端与PMOS管M4的漏极连接，电感L1的中心抽头接供电电源，电感L3的中心抽头接地，端口OUTP_I与NMOS管M1的漏极连接，端口OUTN_I与NMOS管M2的漏极连接，I路差分信号从端口OUTP_I，端口OUTN_I流出。
电感L4和电容阵列C7，可变电容C8并联，NMOS管M5和NMOS管M6组成NMOS互耦对，NMOS管M5的漏极与NMOS管M6的栅极相接再与电感L4的a端连接，NMOS管M6的漏极与NMOS管M5的栅极相接再与电感L4的b端连接，电感L6和可变电容C11，电容阵列C12并联，PMOS管M7和PMOS管M8组成PMOS互耦对，PMOS管M7的漏极与PMOS管M8的栅极相接再与电感L6的a端连接，PMOS管M8的漏极与PMOS管M7的栅极相接再与电感L6的b端连接，NMOS管M5和NMOS管M6的源级相接再与电感L5的a端连接，PMOS管M7和PMOS管M8的源级相接再与电感L5的b端连接，电容C9的a端与NMOS管M5的漏极连接，电容C9的b端与PMOS管M7的漏极连接，电容C10的a端与NMOS管M6的漏极连接，电容C10的b端与PMOS管M8的漏极连接，电感L4的中心抽头接供电电源，电感L6的中心抽头接地，端口OUTP_Q与NMOS管M5的漏极连接，端口OUTN_Q与NMOS管M6的漏极连接，Q路差分信号从端口OUTP_Q，端口OUTN_Q流出。电感L2和电感L5相互耦合。
NMOS管M1、NMOS管M2、NMOS管M5、NMOS管M6相同，电容阵列C1、电容阵列C6、电容阵列C7、电容阵列C12相同，可变电容C2、可变电容C5、可变电容C8、可变电容C11相同，电容C3、电容C4、电容C9、电容C10相同，PMOS管M3、PMOS管M4、PMOS管M7、PMOS管M8相同。
进一步地，所述的衬底注入形式的减少闪烁噪声上变频的翻转互补低噪声压控振荡器，其包括：电感L1，电感L2，电感L3，电容阵列C1，可变电容C2，电容C3，电容C4，可变电容C5，电容阵列C6，NMOS管M1，NMOS管M2，PMOS管M3，PMOS管M4，以及端口OUTP，端口OUTN。电感L1和电容阵列C1，可变电容C2并联，NMOS管M1和NMOS管M2组成NMOS互耦对，NMOS管M1的衬底与NMOS管M1的栅极相连，NMOS管M2的衬底与NMOS管M2的栅极相连，NMOS管M1的漏极与NMOS管M2的栅极相接再与电感L1的a端连接，NMOS管M2的漏极与NMOS管M1的栅极相接再与电感L1的b端连接，电感L3和可变电容C5，电容阵列C6并联，PMOS管M3和PMOS管M4组成PMOS互耦对，PMOS管M3的衬底与PMOS管M3的栅极相连，PMOS管M4的衬底与PMOS管M4的栅极相连，PMOS管M3的漏极与PMOS管M4的栅极相接再与电感L3的a端连接，PMOS管M4的漏极与PMOS管M3的栅极相接再与电感L3的b端连接，NMOS管M1和NMOS管M2的源级相接再与电感L2的a端连接，PMOS管M3和PMOS管M4的源级相接再与电感L2的b端连接，电容C3的a端与NMOS管M1的漏极连接，电容C3的b端与PMOS管M3的漏极连接，电容C4的a端与NMOS管M2的漏极连接，电容C4的b端与PMOS管M4的漏极连接，电感L1的中心抽头接供电电源，电感L3的中心抽头接地，端口OUTP与NMOS管M1的漏极连接，端口OUTN与NMOS管M2的漏极连接，差分信号从端口OUTP，端口OUTN流出。
NMOS管M1和NMOS管M2相同，电容阵列C1和电容阵列C6相同，可变电容C2和可变电容C5相同，电容C3和电容C4相同，PMOS管M3和PMOS管M4相同。
进一步地，所述的衬底注入形式的产生IQ差分正交信号的翻转互补低噪声压控振荡器电路，其包括：电感L1，电感L2，电感L3，电感L4，电感L5，电感L6，电容阵列C1，可变电容C2，电容C3，电容C4，可变电容C5，电容阵列C6，电容阵列C7，可变电容C8，电容C9，电容C10，可变电容C11，电容阵列C12，NMOS管M1，NMOS管M2，PMOS管M3，PMOS管M4，NMOS管M5，NMOS管M6，PMOS管M7，PMOS管M8，以及端口OUTP_I，端口OUTN_I，端口OUTP_Q，端口OUTN_Q。电感L1和电容阵列C1，可变电容C2并联，NMOS管M1和NMOS管M2组成NMOS互耦对，NMOS管M1的衬底与NMOS管M1的栅极相连，NMOS管M2的衬底与NMOS管M2的栅极相连，NMOS管M1的漏极与NMOS管M2的栅极相接再与电感L1的a端连接，NMOS管M2的漏极与NMOS管M1的栅极相接再与电感L1的b端连接，电感L3和可变电容C5，电容阵列C6并联，PMOS管M3和PMOS管M4组成PMOS互耦对，PMOS管M3的衬底与PMOS管M3的栅极相连，PMOS管M4的衬底与PMOS管M4的栅极相连，PMOS管M3的漏极与PMOS管M4的栅极相接再与电感L3的a端连接，PMOS管M4的漏极与PMOS管M3的栅极相接再与电感L3的b端连接，NMOS管M1和NMOS管M2的源级相接再与电感L2的a端连接，PMOS管M3和PMOS管M4的源级相接再与电感L2的b端连接，电容C3的a端与NMOS管M1的漏极连接，电容C3的b端与PMOS管M3的漏极连接，电容C4的a端与NMOS管M2的漏极连接，电容C4的b端与PMOS管M4的漏极连接，电感L1的中心抽头接供电电源，电感L3的中心抽头接地，端口OUTP_I与NMOS管M1的漏极连接，端口OUTN_I与NMOS管M2的漏极连接，I路差分信号从端口OUTP_I，端口OUTN_I流出。
电感L4和电容阵列C7，可变电容C8并联，NMOS管M5和NMOS管M6组成NMOS互耦对，NMOS管M5的衬底与NMOS管M5的栅极相连，NMOS管M6的衬底与NMOS管M6的栅极相连，NMOS管M5的漏极与NMOS管M6的栅极相接再与电感L4的a端连接，NMOS管M6的漏极与NMOS管M5的栅极相接再与电感L4的b端连接，电感L6和可变电容C11，电容阵列C12并联，PMOS管M7和PMOS管M8组成PMOS互耦对，PMOS管M7的衬底与PMOS管M7的栅极相连，PMOS管M8的衬底与PMOS管M8的栅极相连，PMOS管M7的漏极与PMOS管M8的栅极相接再与电感L6的a端连接，PMOS管M8的漏极与PMOS管M7的栅极相接再与电感L6的b端连接，NMOS管M5和NMOS管M6的源级相接再与电感L5的a端连接，PMOS管M7和PMOS管M8的源级相接再与电感L5的b端连接，电容C9的a端与NMOS管M5的漏极连接，电容C9的b端与PMOS管M7的漏极连接，电容C10的a端与NMOS管M6的漏极连接，电容C10的b端与PMOS管M8的漏极连接，电感L4的中心抽头接供电电源，电感L6的中心抽头接地，端口OUTP_Q与NMOS管M5的漏极连接，端口OUTN_Q与NMOS管M6的漏极连接，Q路差分信号从端口OUTP_Q，端口OUTN_Q流出。电感L2和电感L5相互耦合。
NMOS管M1、NMOS管M2、NMOS管M5、NMOS管M6相同，电容阵列C1、电容阵列C6、电容阵列C7、电容阵列C12相同，可变电容C2、可变电容C5、可变电容C8、可变电容C11相同，电容C3、电容C4、电容C9、电容C10相同，PMOS管M3、PMOS管M4、PMOS管M7、PMOS管M8相同。
本发明通过提出的翻转互补结构以及尾电感，使得压控振荡器获得更大的跨导，在KVCO较大的情况下，抑制了噪声，实现减少闪烁噪声上变频的功能，减少近频相位噪声。与传统技术使用单个互耦对相比，本发明提出的翻转互补结构对电流进行复用，提升性能的同时节省整体功耗，且结构简单；与传统的互补结构相比，本发明提出的压控振荡器减少了闪烁噪声上变频，改善了相位噪声。同时，基于提出的翻转互补低噪声压控振荡器，进一步地提出可以产生IQ正交差分信号的电路，通过让两路相同的振荡器中间的电感L2和电感L5进行耦合，形成I路和Q路的正交，输出IQ正交差分信号。
附图说明
图1为传统NMOS VCO电路的电路原理图；
图2为传统PMOS VCO电路的电路原理图；
图3为传统互补结构VCO电路的电路原理图；
图4为本发明提出的翻转互补低噪声压控振荡器的电路原理图；
图5为本发明图4中的晶体管可变电容器的电路原理图；
图6为本发明提出的翻转互补低噪声压控振荡器的IQ正交电路的原理图；
图7为本发明提出的衬底注入形式翻转互补低噪声压控振荡器的电路原理图；
图8为本发明提出的衬底注入形式翻转互补低噪声压控振荡器的IQ正交电路的原理图。
具体实施方式
为了使本发明的目的和效果将变得更加明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1-3为传统的NMOS/PMOS VCO电路和互补结构VCO电路。
图4为本发明提出的翻转互补低噪声压控振荡器的电路原理图。其包括：电感L1，电感L2，电感L3，电容阵列C1，可变电容C2，电容C3，电容C4，可变电容C5，电容阵列C6，NMOS管M1，NMOS管M2，PMOS管M3，PMOS管M4，以及端口OUTP，端口OUTN。电感L1和电容阵列C1，可变电容C2并联，NMOS管M1和NMOS管M2组成NMOS互耦对，NMOS管M1的漏极与NMOS管M2的栅极相接再与电感L1的a端连接，NMOS管M2的漏极与NMOS管M1的栅极相接再与电感L1的b端连接，电感L3和可变电容C5，电容阵列C6并联，PMOS管M3和PMOS管M4组成PMOS互耦对，PMOS管M3的漏极与PMOS管M4的栅极相接再与电感L3的a端连接，PMOS管M4的漏极与PMOS管M3的栅极相接再与电感L3的b端连接，NMOS管M1和NMOS管M2的源级相接再与电感L2的a端连接，PMOS管M3和PMOS管M4的源级相接再与电感L2的b端连接，电容C3的a端与NMOS管M1的漏极连接，电容C3的b端与PMOS管M3的漏极连接，电容C4的a端与NMOS管M2的漏极连接，电容C4的b端与PMOS管M4的漏极连接，电感L1的中心抽头接供电电源，电感L3的中心抽头接地，端口OUTP与NMOS管M1的漏极连接，端口OUTN与NMOS管M2的漏极连接，差分信号从端口OUTP，端口OUTN流出。
NMOS管M1和NMOS管M2相同，电容阵列C1和电容阵列C6相同，可变电容C2和可变电容C5相同，电容C3和电容C4相同，PMOS管M3和PMOS管M4相同。
如图5所示，图4中的可变电容包括：晶体管可变电容器C1’、C2’，电容C3’、C4’，电阻R1、R2，四个端口VOP、VON、VCTRL和VIBIAS。端口VOP与电容C3’的a端连接，电容C3’的b端与电阻R1的b端和晶体管可变电容器C1’的a端连接；端口VON与电容C4’的a端连接，电容C4’的b端与电阻R2的b端和晶体管可变电容器C2’的a端连接。端口VCTRL与晶体管可变电容器C1’的b端和晶体管可变电容器C2’的b端连接，端口VIBIAS与电阻R1的a端和电阻R2的a端连接。
晶体管可变电容器C1’和C2’相同，电容C3’和C4’相同，电阻R1和R2相同。
如上所述压控振荡器，其工作原理为：NMOS管M1和NMOS管M2组成NMOS互耦对，PMOS管M3和PMOS管M4组成PMOS互耦对，互耦对形成负阻，在振荡时补偿LC谐振回路的能量损失，维持电路稳定振荡。电容阵列C1，电容阵列C6的容值可改变振荡器的中心频率。可变电容C2，可变电容C5，可通过改变端口VCTRL的电压改变电容大小，从而改变振荡器的中心频率。
根据所述的相位噪声模型对压控振荡器进行分析，在KVCO较大的情况下，主要对后项进行分析。根据电路的噪声模型，一对互耦对振荡器的Vm为噪声电流与晶体管等效阻抗并联电感等效阻抗相乘；传统互补压控振荡器的两对互耦对并联，其Vm为噪声电流与晶体管等效阻抗相乘；而本发明提出的翻转互补低噪声压控振荡器近似于两个谐振腔进行耦合，其Vm为一对互耦对振荡器的两倍。由于一般情况下电感等效阻抗远小于晶体管等效阻抗，所以虽然提出的压控振荡器Vm为一对互耦对振荡器的两倍，但还是远小于传统互补压控振荡器的Vm，所以本发明提出的翻转互补低噪声压控振荡器相比传统互补压控振荡器具有更小的相位噪声。此外，N个振荡器互耦合的系统相比单振荡器在相位噪声上会有所减少，使得本发明提出的翻转互补低噪声压控振荡器具有更低的相位噪声。
本发明提出的翻转互补结构，两个谐振腔进行了电流复用，在提高跨导的同时节省了功耗，优化了振荡器的相位噪声性能。尾电感对振荡器噪声中的二阶分量起到滤波作用，进一步优化了相位噪声。
图6为本发明提出的翻转互补低噪声压控振荡器应用于IQ正交电路。其包括：电感L1，电感L2，电感L3，电感L4，电感L5，电感L6，电容阵列C1，可变电容C2，电容C3，电容C4，可变电容C5，电容阵列C6，电容阵列C7，可变电容C8，电容C9，电容C10，可变电容C11，电容阵列C12，NMOS管M1，NMOS管M2，PMOS管M3，PMOS管M4，NMOS管M5，NMOS管M6，PMOS管M7，PMOS管M8，以及端口OUTP_I，端口OUTN_I，端口OUTP_Q，端口OUTN_Q。电感L1和电容阵列C1，可变电容C2并联，NMOS管M1和NMOS管M2组成NMOS互耦对，NMOS管M1的漏极与NMOS管M2的栅极相接再与电感L1的a端连接，NMOS管M2的漏极与NMOS管M1的栅极相接再与电感L1的b端连接，电感L3和可变电容C5，电容阵列C6并联，PMOS管M3和PMOS管M4组成PMOS互耦对，PMOS管M3的漏极与PMOS管M4的栅极相接再与电感L3的a端连接，PMOS管M4的漏极与PMOS管M3的栅极相接再与电感L3的b端连接，NMOS管M1和NMOS管M2的源级相接再与电感L2的a端连接，PMOS管M3和PMOS管M4的源级相接再与电感L2的b端连接，电容C3的a端与NMOS管M1的漏极连接，电容C3的b端与PMOS管M3的漏极连接，电容C4的a端与NMOS管M2的漏极连接，电容C4的b端与PMOS管M4的漏极连接，电感L1的中心抽头接供电电源，电感L3的中心抽头接地，端口OUTP_I与NMOS管M1的漏极连接，端口OUTN_I与NMOS管M2的漏极连接，I路差分信号从端口OUTP_I，端口OUTN_I流出。
电感L4和电容阵列C7，可变电容C8并联，NMOS管M5和NMOS管M6组成NMOS互耦对，NMOS管M5的漏极与NMOS管M6的栅极相接再与电感L4的a端连接，NMOS管M6的漏极与NMOS管M5的栅极相接再与电感L4的b端连接，电感L6和可变电容C11，电容阵列C12并联，PMOS管M7和PMOS管M8组成PMOS互耦对，PMOS管M7的漏极与PMOS管M8的栅极相接再与电感L6的a端连接，PMOS管M8的漏极与PMOS管M7的栅极相接再与电感L6的b端连接，NMOS管M5和NMOS管M6的源级相接再与电感L5的a端连接，PMOS管M7和PMOS管M8的源级相接再与电感L5的b端连接，电容C9的a端与NMOS管M5的漏极连接，电容C9的b端与PMOS管M7的漏极连接，电容C10的a端与NMOS管M6的漏极连接，电容C10的b端与PMOS管M8的漏极连接，电感L4的中心抽头接供电电源，电感L6的中心抽头接地，端口OUTP_Q与NMOS管M5的漏极连接，端口OUTN_Q与NMOS管M6的漏极连接，Q路差分信号从端口OUTP_Q，端口OUTN_Q流出。电感L2和电感L5相互耦合。
NMOS管M1、NMOS管M2、NMOS管M5、NMOS管M6相同，电容阵列C1、电容阵列C6、电容阵列C7、电容阵列C12相同，可变电容C2、可变电容C5、可变电容C8、可变电容C11相同，电容C3、电容C4、电容C9、电容C10相同，PMOS管M3、PMOS管M4、PMOS管M7、PMOS管M8相同。
通过让两路相同的振荡器中间的电感L2和电感L5进行耦合，形成I路和Q路的正交，输出IQ正交差分信号。
图7为本发明提出的衬底注入形式的减少闪烁噪声上变频的翻转互补低噪声压控振荡器，其包括：电感L1，电感L2，电感L3，电容阵列C1，可变电容C2，电容C3，电容C4，可变电容C5，电容阵列C6，NMOS管M1，NMOS管M2，PMOS管M3，PMOS管M4，以及端口OUTP，端口OUTN。电感L1和电容阵列C1，可变电容C2并联，NMOS管M1和NMOS管M2组成NMOS互耦对，NMOS管M1的衬底与NMOS管M1的栅极相连，NMOS管M2的衬底与NMOS管M2的栅极相连，NMOS管M1的漏极与NMOS管M2的栅极相接再与电感L1的a端连接，NMOS管M2的漏极与NMOS管M1的栅极相接再与电感L1的b端连接，电感L3和可变电容C5，电容阵列C6并联，PMOS管M3和PMOS管M4组成PMOS互耦对，PMOS管M3的衬底与PMOS管M3的栅极相连，PMOS管M4的衬底与PMOS管M4的栅极相连，PMOS管M3的漏极与PMOS管M4的栅极相接再与电感L3的a端连接，PMOS管M4的漏极与PMOS管M3的栅极相接再与电感L3的b端连接，NMOS管M1和NMOS管M2的源级相接再与电感L2的a端连接，PMOS管M3和PMOS管M4的源级相接再与电感L2的b端连接，电容C3的a端与NMOS管M1的漏极连接，电容C3的b端与PMOS管M3的漏极连接，电容C4的a端与NMOS管M2的漏极连接，电容C4的b端与PMOS管M4的漏极连接，电感L1的中心抽头接供电电源，电感L3的中心抽头接地，端口OUTP与NMOS管M1的漏极连接，端口OUTN与NMOS管M2的漏极连接，差分信号从端口OUTP，端口OUTN流出。
NMOS管M1和NMOS管M2相同，电容阵列C1和电容阵列C6相同，可变电容C2和可变电容C5相同，电容C3和电容C4相同，PMOS管M3和PMOS管M4相同。
图4中NMOS管M1和NMOS管M2的衬底接低电平，PMOS管M3和PMOS管M4的衬底接高电平。图7中NMOS管M1和NMOS管M2的衬底接各自的栅极，PMOS管M3和PMOS管M4的衬底接各自的栅极，从而形成衬底注入。衬底注入将信号注入到衬底，提高了晶体管的gm，因此可以使用更小尺寸的晶体管，减少电流，降低了闪烁噪声。同时使得晶体管能够更加快速地切换开关状态，加强开启和关断程度，提高信号强度，进一步降低相位噪声。
图8为本发明提出的衬底注入形式的产生IQ差分正交信号的翻转互补低噪声压控振荡器电路，其包括：电感L1，电感L2，电感L3，电感L4，电感L5，电感L6，电容阵列C1，可变电容C2，电容C3，电容C4，可变电容C5，电容阵列C6，电容阵列C7，可变电容C8，电容C9，电容C10，可变电容C11，电容阵列C12，NMOS管M1，NMOS管M2，PMOS管M3，PMOS管M4，NMOS管M5，NMOS管M6，PMOS管M7，PMOS管M8，以及端口OUTP_I，端口OUTN_I，端口OUTP_Q，端口OUTN_Q。电感L1和电容阵列C1，可变电容C2并联，NMOS管M1和NMOS管M2组成NMOS互耦对，NMOS管M1的衬底与NMOS管M1的栅极相连，NMOS管M2的衬底与NMOS管M2的栅极相连，NMOS管M1的漏极与NMOS管M2的栅极相接再与电感L1的a端连接，NMOS管M2的漏极与NMOS管M1的栅极相接再与电感L1的b端连接，电感L3和可变电容C5，电容阵列C6并联，PMOS管M3和PMOS管M4组成PMOS互耦对，PMOS管M3的衬底与PMOS管M3的栅极相连，PMOS管M4的衬底与PMOS管M4的栅极相连，PMOS管M3的漏极与PMOS管M4的栅极相接再与电感L3的a端连接，PMOS管M4的漏极与PMOS管M3的栅极相接再与电感L3的b端连接，NMOS管M1和NMOS管M2的源级相接再与电感L2的a端连接，PMOS管M3和PMOS管M4的源级相接再与电感L2的b端连接，电容C3的a端与NMOS管M1的漏极连接，电容C3的b端与PMOS管M3的漏极连接，电容C4的a端与NMOS管M2的漏极连接，电容C4的b端与PMOS管M4的漏极连接，电感L1的中心抽头接供电电源，电感L3的中心抽头接地，端口OUTP_I与NMOS管M1的漏极连接，端口OUTN_I与NMOS管M2的漏极连接，I路差分信号从端口OUTP_I，端口OUTN_I流出。
电感L4和电容阵列C7，可变电容C8并联，NMOS管M5和NMOS管M6组成NMOS互耦对，NMOS管M5的衬底与NMOS管M5的栅极相连，NMOS管M6的衬底与NMOS管M6的栅极相连，NMOS管M5的漏极与NMOS管M6的栅极相接再与电感L4的a端连接，NMOS管M6的漏极与NMOS管M5的栅极相接再与电感L4的b端连接，电感L6和可变电容C11，电容阵列C12并联，PMOS管M7和PMOS管M8组成PMOS互耦对，PMOS管M7的衬底与PMOS管M7的栅极相连，PMOS管M8的衬底与PMOS管M8的栅极相连，PMOS管M7的漏极与PMOS管M8的栅极相接再与电感L6的a端连接，PMOS管M8的漏极与PMOS管M7的栅极相接再与电感L6的b端连接，NMOS管M5和NMOS管M6的源级相接再与电感L5的a端连接，PMOS管M7和PMOS管M8的源级相接再与电感L5的b端连接，电容C9的a端与NMOS管M5的漏极连接，电容C9的b端与PMOS管M7的漏极连接，电容C10的a端与NMOS管M6的漏极连接，电容C10的b端与PMOS管M8的漏极连接，电感L4的中心抽头接供电电源，电感L6的中心抽头接地，端口OUTP_Q与NMOS管M5的漏极连接，端口OUTN_Q与NMOS管M6的漏极连接，Q路差分信号从端口OUTP_Q，端口OUTN_Q流出。电感L2和电感L5相互耦合。
NMOS管M1、NMOS管M2、NMOS管M5、NMOS管M6相同，电容阵列C1、电容阵列C6、电容阵列C7、电容阵列C12相同，可变电容C2、可变电容C5、可变电容C8、可变电容C11相同，电容C3、电容C4、电容C9、电容C10相同，PMOS管M3、PMOS管M4、PMOS管M7、PMOS管M8相同。

Claims (6)

1.一种减少闪烁噪声上变频的翻转互补低噪声压控振荡器，其特征在于包括：电感L1，电感L2，电感L3，电容阵列C1，可变电容C2，电容C3，电容C4，可变电容C5，电容阵列C6，NMOS管M1，NMOS管M2，PMOS管M3，PMOS管M4，以及端口OUTP，端口OUTN；
电感L1和电容阵列C1，可变电容C2并联，NMOS管M1和NMOS管M2组成NMOS互耦对，NMOS管M1的漏极与NMOS管M2的栅极相接再与电感L1的a端连接，NMOS管M2的漏极与NMOS管M1的栅极相接再与电感L1的b端连接；
电感L3和可变电容C5，电容阵列C6并联，PMOS管M3和PMOS管M4组成PMOS互耦对，PMOS管M3的漏极与PMOS管M4的栅极相接再与电感L3的a端连接，PMOS管M4的漏极与PMOS管M3的栅极相接再与电感L3的b端连接；
NMOS管M1和NMOS管M2的源级相接再与电感L2的a端连接，PMOS管M3和PMOS管M4的源级相接再与电感L2的b端连接，电容C3的a端与NMOS管M1的漏极连接，电容C3的b端与PMOS管M3的漏极连接，电容C4的a端与NMOS管M2的漏极连接，电容C4的b端与PMOS管M4的漏极连接，电感L1的中心抽头接供电电源，电感L3的中心抽头接地，端口OUTP与NMOS管M1的漏极连接，端口OUTN与NMOS管M2的漏极连接，差分信号从端口OUTP，端口OUTN流出；
其中，NMOS管M1和NMOS管M2相同，电容阵列C1和电容阵列C6相同，可变电容C2和可变电容C5相同，电容C3和电容C4相同，PMOS管M3和PMOS管M4相同。
2.根据权利要求1所述的一种减少闪烁噪声上变频的翻转互补低噪声压控振荡器，其特征在于，所述的可变电容包括：晶体管可变电容器C1’、C2’，电容C3’、C4’，电阻R1、R2，四个端口VOP、VON、VCTRL和VIBIAS；
端口VOP与电容C3’的a端连接，电容C3’的b端与电阻R1的b端和晶体管可变电容器C1’的a端连接；端口VON与电容C4’的a端连接，电容C4’的b端与电阻R2的b端和晶体管可变电容器C2’的a端连接；端口VCTRL与晶体管可变电容器C1’的b端和晶体管可变电容器C2’的b端连接，端口VIBIAS与电阻R1的a端和电阻R2的a端连接；
晶体管可变电容器C1’和C2’相同，电容C3’和C4’相同，电阻R1和R2相同。
3.产生IQ差分正交信号的翻转互补低噪声压控振荡器电路，其特征在于，包括一对权利要求1所述的翻转互补低噪声压控振荡器，其特征在于：该对翻转互补低噪声压控振荡器中与MOS管源级相接的电感之间产生耦合关系，进而形成I路和Q路的正交，输出IQ正交差分信号。
4.一种减少闪烁噪声上变频的翻转互补低噪声压控振荡器，其特征在于包括：电感L1，电感L2，电感L3，电容阵列C1，可变电容C2，电容C3，电容C4，可变电容C5，电容阵列C6，NMOS管M1，NMOS管M2，PMOS管M3，PMOS管M4，以及端口OUTP，端口OUTN；
电感L1和电容阵列C1，可变电容C2并联，NMOS管M1和NMOS管M2组成NMOS互耦对，NMOS管M1的衬底与NMOS管M1的栅极相连，NMOS管M2的衬底与NMOS管M2的栅极相连，NMOS管M1的漏极与NMOS管M2的栅极相接再与电感L1的a端连接，NMOS管M2的漏极与NMOS管M1的栅极相接再与电感L1的b端连接；
电感L3和可变电容C5，电容阵列C6并联，PMOS管M3和PMOS管M4组成PMOS互耦对，PMOS管M3的衬底与PMOS管M3的栅极相连，PMOS管M4的衬底与PMOS管M4的栅极相连，PMOS管M3的漏极与PMOS管M4的栅极相接再与电感L3的a端连接，PMOS管M4的漏极与PMOS管M3的栅极相接再与电感L3的b端连接，NMOS管M1和NMOS管M2的源级相接再与电感L2的a端连接，PMOS管M3和PMOS管M4的源级相接再与电感L2的b端连接；
电容C3的a端与NMOS管M1的漏极连接，电容C3的b端与PMOS管M3的漏极连接，电容C4的a端与NMOS管M2的漏极连接，电容C4的b端与PMOS管M4的漏极连接，电感L1的中心抽头接供电电源，电感L3的中心抽头接地，端口OUTP与NMOS管M1的漏极连接，端口OUTN与NMOS管M2的漏极连接，差分信号从端口OUTP，端口OUTN流出；
NMOS管M1和NMOS管M2相同，电容阵列C1和电容阵列C6相同，可变电容C2和可变电容C5相同，电容C3和电容C4相同，PMOS管M3和PMOS管M4相同。
5.根据权利要求4所述的一种减少闪烁噪声上变频的翻转互补低噪声压控振荡器，其特征在于，所述的可变电容包括：晶体管可变电容器C1’、C2’，电容C3’、C4’，电阻R1、R2，四个端口VOP、VON、VCTRL和VIBIAS；
端口VOP与电容C3’的a端连接，电容C3’的b端与电阻R1的b端和晶体管可变电容器C1’的a端连接；端口VON与电容C4’的a端连接，电容C4’的b端与电阻R2的b端和晶体管可变电容器C2’的a端连接；端口VCTRL与晶体管可变电容器C1’的b端和晶体管可变电容器C2’的b端连接，端口VIBIAS与电阻R1的a端和电阻R2的a端连接；
晶体管可变电容器C1’和C2’相同，电容C3’和C4’相同，电阻R1和R2相同。
6.产生IQ差分正交信号的翻转互补低噪声压控振荡器电路，其特征在于，包括一对权利要求4所述的翻转互补低噪声压控振荡器，其特征在于：该对翻转互补低噪声压控振荡器中与MOS管源级相接的电感之间产生耦合关系，进而形成I路和Q路的正交，输出IQ正交差分信号。
CN202210545578.XA 2022-05-17 2022-05-17 一种减少闪烁噪声上变频的翻转互补低噪声压控振荡器 Pending CN114900129A (zh)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210545578.XA CN114900129A (zh) 2022-05-17 2022-05-17 一种减少闪烁噪声上变频的翻转互补低噪声压控振荡器
PCT/CN2022/105179 WO2023221276A1 (zh) 2022-05-17 2022-07-12 一种减少闪烁噪声上变频的翻转互补低噪声压控振荡器
US18/335,102 US20230378909A1 (en) 2022-05-17 2023-06-14 Voltage controlled oscillator for flipped and complementary low noise

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210545578.XA CN114900129A (zh) 2022-05-17 2022-05-17 一种减少闪烁噪声上变频的翻转互补低噪声压控振荡器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114900129A true CN114900129A (zh) 2022-08-12

Family

ID=82723815

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210545578.XA Pending CN114900129A (zh) 2022-05-17 2022-05-17 一种减少闪烁噪声上变频的翻转互补低噪声压控振荡器

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN114900129A (zh)
WO (1) WO2023221276A1 (zh)

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7075380B2 (en) * 2003-09-02 2006-07-11 Lsi Logic Corporation Widely tuneable and fully differential LC oscillator utilizing an active inductor
CN101183851A (zh) * 2007-12-13 2008-05-21 复旦大学 一种可降低闪烁噪声的lc正交压控振荡器
CN103078591B (zh) * 2012-12-31 2015-09-30 东南大学 低功耗宽带压控振荡器
CN106921345A (zh) * 2015-12-24 2017-07-04 华为技术有限公司 一种压控振荡器、正交压控振荡器及通信系统
CN110661490A (zh) * 2019-09-06 2020-01-07 电子科技大学 一种基于四端口耦合网络的耦合压控振荡器
CN111541423A (zh) * 2020-04-26 2020-08-14 清华大学 一种低相位噪声的双谐振腔噪声滤波压控振荡器
CN113676137A (zh) * 2020-05-15 2021-11-19 无锡有容微电子有限公司 一种压控振荡器
CN112234983A (zh) * 2020-10-29 2021-01-15 华中科技大学 一种基于源极阻尼电阻的宽带vco
CN112653456A (zh) * 2020-12-04 2021-04-13 电子科技大学 一种低功耗自混频压控振荡器

Also Published As

Publication number Publication date
WO2023221276A1 (zh) 2023-11-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Krummenacher et al. A 4-MHz CMOS continuous-time filter with on-chip automatic tuning
CN110729967B (zh) 一种具有宽调谐范围的窄带切换毫米波压控振荡器
KR101071599B1 (ko) 자기-바이어스 전압 제어 발진기
US7375596B2 (en) Quadrature voltage controlled oscillator
KR100756031B1 (ko) 커플링 캐패시터를 포함한 4위상 전압제어발진기
Chiu et al. A Wide Tuning Range 69 GHz Push-Push VCO Using 0.18$\mu {\rm m} $ CMOS Technology
US7199675B2 (en) Source-injection parallel coupled LC-quadrature voltage controlled oscillator
CN111478668A (zh) 一种低闪烁噪声的毫米波压控振荡器
US9559702B1 (en) Circuits and methods for flicker noise upconversion minimization in an oscillator
Wan et al. A very low power quadrature VCO with modified current-reuse and back-gate coupling topology
Hsieh et al. A 0.7-mW LC voltage-controlled oscillator leveraging switched biasing technique for low phase noise
CN114900129A (zh) 一种减少闪烁噪声上变频的翻转互补低噪声压控振荡器
CN105281762B (zh) 60GHz锁相环低电压下抗工艺涨落的电压控制CMOS LC振荡器
Neeraja et al. Review of Ultra Low Power Receiver Front-end Designs
CN209805769U (zh) 一种压控振荡电路及压控振荡器
Gaoding et al. A fully integrated sub-GHz inductor-less VCO with a frequency doubler
CN112653455A (zh) 一种高频低功耗自混频毫米波压控振荡器
Lu et al. 14.6–22.2 GHz LC-VCO in 65 nm CMOS technology for wideband applications
Singh et al. A low power, low phase noise VCO using cascoded active inductor
Arafa et al. A CMOS RF Transmitter For LTE Applications: Implementation and Simulation
CN114930723A (zh) 一种振荡器
Hemmati et al. Design of Low-Power Differential CMOS LC Voltage Controlled Oscillator using Genetic Algorithm
CN111884622B (zh) 一种宽频带工作的差分有源电感
Aqeeli et al. Design of a high performance 5.2 ghz low phase noise voltage controlled oscillator using 90nm cmos technology
KR100985462B1 (ko) ＳＯＮＥＴ 통신 시스템용 ８∼１０．９ＧＨｚ 대역 ＬＣＶＣＯ

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination