CN115441834A - 一种电感电容型压控振荡器 - Google Patents

一种电感电容型压控振荡器 Download PDF

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CN115441834A CN202211032801.7A CN202211032801A CN115441834A CN 115441834 A CN115441834 A CN 115441834A CN 202211032801 A CN202211032801 A CN 202211032801A CN 115441834 A CN115441834 A CN 115441834A
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Abstract

本发明公开了一种电感电容型压控振荡器。该电感电容型压控振荡器包括：电容电感谐振腔、第一变容管对、第二变容管对、第一交叉耦合MOS管对、第一偏置电路和温度补偿电路；第一变容管对两端的电压为调谐电压，第二变容管对两端的电压为控制电压，其中，控制电压也作为温度补偿电路的电压；第二变容管对与第一变容管对的连接方式相反，用于减弱因共模噪声引发的变容管一阶电容变化量。本发明的第二变容管对两端的控制电压同时也作为温度补偿电路的电压，通过设置连接方式相反的第一变容管对和第二变容管对，减弱因共模噪声所引发的变容管一阶电容变化量，进而缓解相位噪声的恶化。实现了在不额外增加元件的基础上，对共模噪声进行抑制。

Description

一种电感电容型压控振荡器
技术领域
本发明涉及集成电路领域，特别涉及一种电感电容型压控振荡器。
背景技术
压控振荡器(VCO)是射频电路的重要组成部分。射频电路多采用复杂的调制解调方式，因此严重依赖本振性能。而现代通信技术要求复用、跳频等新技术，采用电压控制振荡回路中电容的电容量，进而改变振荡回路的振荡频率就成为实现这些技术的手段之一。
在集成电路芯片中，电感电容型压控振荡器以其优越的相位噪声，较低的功耗，良好的调谐范围，得到了广泛的应用。
然而，现有技术中的电感电容型压控振荡器中存在共模噪声电压，使得该压控振荡器中的变容管的等效电容将会出现变化，进而引发压控振荡器的振荡频率出现频偏，恶化相位噪声。
如何减弱共模噪声通过引发变容管电容的变化、进而恶化相位噪声的效应成为亟待解决的问题。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的电感电容型压控振荡器。
本发明提供一种电感电容型压控振荡器，包括：电容电感谐振腔、第一变容管对、第二变容管对、第一交叉耦合MOS管对、第一偏置电路和温度补偿电路；
所述电容电感谐振腔、所述第一变容管对、所述第二变容管对、所述第一交叉耦合MOS管对并联连接；所述第一偏置电路与所述电容电感谐振腔、所述第一变容管对、所述第二变容管对、所述第一交叉耦合MOS管对组成的电路相串联；
所述第一变容管对两端的电压为调谐电压，所述第二变容管对两端的电压为控制电压，其中，所述控制电压也作为所述温度补偿电路的电压；
所述电容电感谐振腔用于确定所述电感电容型压控振荡器的基波振荡频率；
所述第一变容管对用于微调所述电感电容型压控振荡器的振荡频率；
所述第一交叉耦合MOS管对用于提供所述电感电容型压控振荡器振荡所需的负阻条件；
所述温度补偿电路用于补偿因温度变化引起的对所述电感电容型压控振荡器的振荡频率的影响；
所述第二变容管对与所述第一变容管对的连接方式相反，用于减弱因共模噪声引发的变容管一阶电容变化量。
可选地，所述电容电感谐振腔包括：
电感L1和电容阵列C1，所述电感L1和所述电容阵列C1并联连接。
可选地，所述第一变容管对包括变容管V1和变容管V2，所述变容管V1和所述变容管V2串联连接。
可选地，所述第二变容管对包括变容管V3和变容管V4，所述变容管V3和所述变容管V4串联连接。
可选地，所述第二变容管对与所述第一变容管对的连接方式相反包括：
所述变容管V1的负端和所述变容管V2的负端相连，所述变容管V3的正端和所述变容管V4的正端相连。
可选地，所述变容管V1、所述变容管V2、所述变容管V3和所述变容管V4的尺寸相同。
可选地，所述第一交叉耦合MOS管对包括：
NMOS管N1和NMOS管N2；
所述NMOS管N1的漏极与所述NMOS管N2的栅极相连，所述NMOS管N2的漏极与所述NMOS管N1的栅极相连；
所述电容电感谐振腔的第一端连接所述NMOS管N1的漏极，所述电容电感谐振腔的第二端连接所述NMOS管N2的漏极。
可选地，所述第一交叉耦合MOS管对包括：
PMOS管P1和PMOS管P2；
所述PMOS管P1的漏极与所述PMOS管P2的栅极相连，所述PMOS管P2的漏极与所述PMOS管P1的栅极相连；
所述电容电感谐振腔的第一端连接所述PMOS管P1的漏极，所述电容电感谐振腔的第二端连接所述PMOS管P2的漏极。
可选地，还包括：第二交叉耦合MOS管对和第二偏置电路。
本发明的有益效果是，本发明对现有的电感电容型压控振荡器进行改进，在现有的电感电容型振荡器的基础上新增第二变容管对，第二变容管对两端的控制电压同时也作为温度补偿电路的电压，通过设置连接方式相反的第一变容管对和第二变容管对，从而减弱因共模噪声所引发的变容管一阶电容变化量，进而缓解相位噪声的恶化。实现了在不额外增加元件的基础上，对共模噪声进行抑制。
附图说明
图1为本发明一个实施例的电感电容型压控振荡器的结构示意图；
图2为本发明另一个实施例的电感电容型压控振荡器的结构示意图；
图3为本发明另一个实施例的电感电容型压控振荡器的结构示意图；
图4为本发明另一个实施例的电感电容型压控振荡器的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。图1为本发明一个实施例的电感电容型压控振荡器的结构示意图。如图1所示，该电感电容型压控振荡器包括：
电容电感谐振腔、第一变容管对、第二变容管对、第一交叉耦合MOS管对、第一偏置电路和温度补偿电路；
电容电感谐振腔、第一变容管对、第二变容管对、第一交叉耦合MOS管对并联连接；第一偏置电路与电容电感谐振腔、第一变容管对、第二变容管对、第一交叉耦合MOS管对组成的电路相串联；
第一变容管对两端的电压为调谐电压Vtune，第二变容管对两端的电压为控制电压Vtc，其中，该控制电压也作为温度补偿电路的电压；
电容电感谐振腔用于确定所述电感电容型压控振荡器的基波振荡频率；
第一变容管对用于微调所述电感电容型压控振荡器的谐调频率；
第一交叉耦合MOS管对用于提供所述电感电容型压控振荡器振荡所需的负阻条件；
温度补偿电路用于补偿因温度变化引起的对所述电感电容型压控振荡器的振荡频率的影响；
第二变容管对与所述第一变容管对的连接方式相反，用于减弱因共模噪声引发的变容管一阶电容变化量。
可理解的是，第一变容管对的等效电容为非线性电容。当电感电容型压控振荡器中的节点X和节点Y存在共模噪声电压时，第一变容管对的等效电容将会出现变化，进而引发压控振荡器的振荡频率出现频偏，恶化相位噪声。
共模噪声的来源比较广泛，包括但不局限于下面途径：
1、电源VDD上存在的共模噪声，传递到节点X和节点Y。
2、偏置电路的非理想性，导致节点X和节点Y出现共模噪声电压。
由于共模噪声的来源途径较多，且不可避免，因此有必要对共模噪声电压进行处理，抑制其对相位噪声的影响。
本发明实施例对现有的电感电容型压控振荡器进行改进，在现有的电感电容型振荡器的基础上新增第二变容管对，第二变容管对两端的控制电压同时也作为温度补偿电路的电压，通过设置连接方式相反的第一变容管对和第二变容管对，从而减弱因共模噪声所引发的变容管一阶电容变化量，进而缓解相位噪声的恶化。实现了在不额外增加元件的基础上，对共模噪声进行抑制。
在实际应用中，控制电压Vtc和调谐电压Vtune并不要求差分关系，不需要差分的电荷泵，降低了复杂性，也为设计上提供了自由度。
在本发明实施例的一种可选的实施方式中，如图2所示，所述电容电感谐振腔包括：
电感L1和电容阵列C1，所述电感L1和所述电容阵列C1并联连接。
可理解的是，电容阵列C1在电容码字的控制下，其容值可以大范围变化，大范围调整电感电容型压控振荡器的振荡频率，即起到粗调压控振荡器振荡频率的作用。第一变容管对受到调谐电压Vtune的控制，容值小范围变化，以小范围调整所述电感电容型压控振荡器的振荡频率，即起到细调振荡频率的作用。
具体地，第一变容管对包括变容管V1和变容管V2，变容管V1和变容管V2串联连接。
第二变容管对包括变容管V3和变容管V4，变容管V3和变容管V4串联连接。
如图2所示，第二变容管对与第一变容管对的连接方式相反包括：
变容管V1的负端和变容管V2的负端相连，变容管V3的正端和变容管V4的正端相连。
优选地，变容管V1、变容管V2、变容管V3和变容管V4的尺寸相同。
可理解的是，当节点X和节点Y存在共模噪声时，由于变容管V1、变容管V2、变容管V3和变容管V4尺寸相同，而变容管V1和变容管V3的方向以及变容管V2和变容管V4的方向相反，因此共模噪声所引起的变容管V1和变容管V3的一阶电容变化量恰好被抵消,变容管V2和变容管V4的一阶电容变化量亦被恰好抵消，进一步提高了抑制共模噪声的效果。
具体地，第一交叉耦合MOS管对包括：
NMOS管N1和NMOS管N2；
NMOS管N1的漏极与NMOS管N2的栅极相连，NMOS管N2的漏极与NMOS管N1的栅极相连；
电容电感谐振腔的第一端连接NMOS管N1的漏极，电容电感谐振腔的第二端连接NMOS管N2的漏极。
在本发明实施例的另一种实施方式中，如图3所示，第一交叉耦合MOS管对包括：
PMOS管P1和PMOS管P2；
PMOS管P1的漏极与PMOS管P2的栅极相连，PMOS管P2的漏极与PMOS管P1的栅极相连；
电容电感谐振腔的第一端连接PMOS管P1的漏极，电容电感谐振腔的第二端连接PMOS管P2的漏极。
在本发明实施例的另一种实施方式中，如图4所示，除了第一交叉耦合MOS管对和第一偏置电路外，还包括：第二交叉耦合MOS管对和第二偏置电路。
在图4中，第一交叉耦合MOS管对包括PMOS管P1和PMOS管P2，第二交叉耦合MOS管对包括NMOS管N1和NMOS管N2。
综上所述，本发明对现有的电感电容型压控振荡器进行改进，在现有的电感电容型振荡器的基础上新增第二变容管对，第二变容管对两端的控制电压同时也作为温度补偿电路的电压，通过设置连接方式相反的第一变容管对和第二变容管对，从而减弱因共模噪声所引发的变容管一阶电容变化量，进而缓解相位噪声的恶化。实现了在不额外增加元件的基础上，对共模噪声进行抑制。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
类似地，应当理解，为了精简本发明并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本发明的目的，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种电感电容型压控振荡器，其特征在于，包括：电容电感谐振腔、第一变容管对、第二变容管对、第一交叉耦合MOS管对、第一偏置电路和温度补偿电路；
所述电容电感谐振腔、所述第一变容管对、所述第二变容管对、所述第一交叉耦合MOS管对并联连接；所述第一偏置电路与所述电容电感谐振腔、所述第一变容管对、所述第二变容管对、所述第一交叉耦合MOS管对组成的电路相串联；
所述第一变容管对两端的电压为调谐电压，所述第二变容管对两端的电压为控制电压，其中，所述控制电压也作为所述温度补偿电路的电压；
所述电容电感谐振腔用于确定所述电感电容型压控振荡器的基波振荡频率；
所述第一变容管对用于微调所述电感电容型压控振荡器的振荡频率；
所述第一交叉耦合MOS管对用于提供所述电感电容型压控振荡器振荡所需的负阻条件；
所述温度补偿电路用于补偿因温度变化引起的对所述电感电容型压控振荡器的谐调频率的影响；
所述第二变容管对与所述第一变容管对的连接方式相反，用于减弱因共模噪声引发的变容管一阶电容变化量。
2.根据权利要求1所述的电感电容型压控振荡器，其特征在于，所述电容电感谐振腔包括：
电感L1和电容阵列C1，所述电感L1和所述电容阵列C1并联连接。
3.根据权利要求1所述的电感电容型压控振荡器，其特征在于，所述第一变容管对包括变容管V1和变容管V2，所述变容管V1和所述变容管V2串联连接。
4.根据权利要求3所述的电感电容型压控振荡器，其特征在于，所述第二变容管对包括变容管V3和变容管V4，所述变容管V3和所述变容管V4串联连接。
5.根据权利要求4所述的电感电容型压控振荡器，其特征在于，所述第二变容管对与所述第一变容管对的连接方式相反包括：
所述变容管V1的负端和所述变容管V2的负端相连，所述变容管V3的正端和所述变容管V4的正端相连。
6.根据权利要求4所述的电感电容型压控振荡器，其特征在于，所述变容管V1、所述变容管V2、所述变容管V3和所述变容管V4的尺寸相同。
7.根据权利要求1所述的电感电容型压控振荡器，其特征在于，所述第一交叉耦合MOS管对包括：
NMOS管N1和NMOS管N2；
所述NMOS管N1的漏极与所述NMOS管N2的栅极相连，所述NMOS管N2的漏极与所述NMOS管N1的栅极相连；
所述电容电感谐振腔的第一端连接所述NMOS管N1的漏极，所述电容电感谐振腔的第二端连接所述NMOS管N2的漏极。
8.根据权利要求1所述的电感电容型压控振荡器，其特征在于，所述第一交叉耦合MOS管对包括：
PMOS管P1和PMOS管P2；
所述PMOS管P1的漏极与所述PMOS管P2的栅极相连，所述PMOS管P2的漏极与所述PMOS管P1的栅极相连；
所述电容电感谐振腔的第一端连接所述PMOS管P1的漏极，所述电容电感谐振腔的第二端连接所述PMOS管P2的漏极。
9.根据权利要求1所述的电感电容型压控振荡器，其特征在于，还包括：第二交叉耦合MOS管对和第二偏置电路。
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