CN116614089B - 一种低相噪多核压控振荡器版图结构及振荡器结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种低相噪多核压控振荡器版图结构及振荡器结构，包括：每一压控振荡器区域均与相邻的压控振荡器区域平行，每一所述压控振荡器区域包括两个参数一致的压控振荡器；各压控振荡器区域的上端中心点及下端中心点与供电轨线的连接线均与对应的供电轨线垂直，或者每一路供电轨线的几何中心点均与压控振荡器区域几何中心点重合。通过设置压控振荡器区域使每对压控振荡器的谐振频率偏离较远，避免各压控振荡器对之间相互磁耦而引起品质因数下降，甚至导致压控振荡器难以起振，极大地提高了压控振荡器的可靠性。考虑了供电轨线到压控振荡器的耦合影响，避免由供电耦合引入的杂散或振荡模糊，最大限度地实现了压控振荡器的低相噪性能。
Description
技术领域
本发明涉及半导体设计与应用技术领域，特别是涉及一种低相噪多核压控振荡器版图结构及振荡器结构。
背景技术
当前射频收发芯片与ADC(即模数转换器，英文全称为Analog to DigitalConverter)芯片往往在片上集成了压控振荡器(英文全称为Voltage ControlledOscillators，简称VCO)来产生本振信号或时钟信号，以提高整个系统的集成度与易用性。射频收发芯片与ADC芯片主要采用CMOS(即互补金属氧化物半导体，英文全称为Complementary Metal Oxide Semiconductor)工艺研制，其优势主要为高集成度，可在同一芯片上实现不同功能的模拟电路和数字电路；但是也存在缺点，例如有源器件噪声较大、后道工艺中电感材质形状受限、片上布局空间有限等，使VCO相位噪声性能较难提升、且VCO输出容易受到其他电路例如数字电路的影响导致性能恶化。而在高性能ADC芯片中，往往要求VCO的相位噪声越低越好，以免钳制ADC在高频输入信号下的信噪比。随着技术及工艺的不断发展，ADC输入的采样频率不断提升，对VCO性能的要求也越来越高。因此，有必要开展研究不断降低CMOS工艺中VCO的相位噪声。
目前降低单个VCO相位噪声的方案，主要思路包括提升VCO中谐振腔的品质因数(英文全称为Quality factor，简称Q值，Q值是为了更好的研究电路谐振时的性质而引入的一个物理量，用来描述谐振电路的质量或其谐振能力，用以揭示谐振电路的通频带和选择性之间相矛盾的关系，Q值越大，通频带宽度就越窄，电路的选择性能就越好，对非谐振频率抑制能力越强；反之Q值越小，通频带宽度就越宽，对非谐振频率抑制能力越弱，选择性能越差，但带宽包含的信号多，信号损失小，有利于减小信号的失真)、提升VCO摆幅、采用低噪声器件等途径，原理是根据Leeson公式：
；
由于单个VCO的相位噪声优化效果有限，另一种思路是将多个VCO的输出信号进行同相合成，这种操作可以使输出信号相关但噪声随机，理论上N个VCO合成后即可实现10*logN的相位噪声优化效果，但是这种方案通常需要设置较多的片上电感，而电感在工作时极容易受到环境的影响，导致发生频率牵引、引入杂散、噪底抬升等现象，使多个VCO同相合成的性能提升难以实现理论上的效果。
应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种低相噪多核压控振荡器版图结构及振荡器结构，用于解决现有技术中多个VCO的输出信号进行同相合成，极容易受到环境影响导致频率牵引、引入杂散、噪底抬升的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种低相噪多核压控振荡器版图结构，所述低相噪多核压控振荡器版图结构至少包括：多个压控振荡器区域及两路供电轨线或两路以上供电轨线，其中：
每一所述压控振荡器区域均与相邻的所述压控振荡器区域平行，其中，每一所述压控振荡器区域均用于设置压控振荡器；
在供电轨线的形状与所述压控振荡器区域的形状不相交时，供电轨线包括第一路供电轨线与第二路供电轨线，其中，每一所述压控振荡器区域的上端中心点到第一路供电轨线的连接线均与第一路供电轨线垂直，每一所述压控振荡器区域的下端中心点到第二路供电轨线的连接线均与第二路供电轨线垂直，其中，在第一路供电轨线及第二路供电轨线的同一端均设置一个与对应供电轨线电连接的供电焊盘；
在供电轨线与所述压控振荡器区域的形状相交时，供电轨线的数量与所述压控振荡器区域的数量相等且一一对应，供电焊盘的数量等于所述压控振荡器区域的数量的一半，每一路供电轨线的几何中心点与所述压控振荡器区域的几何中心点重合，其中，每一路供电轨线包括第一部分与第二部分，所述第一部分与所述第二部分的交叉点为供电轨线的几何中心点，每一路供电轨线的第一部分的端点与对应的所述压控振荡器区域的上端中心点及下端中心点电连接，每一路供电轨线的第二部分的端点与对应的供电焊盘电连接；相邻的两个压控振荡器区域与对应的两个供电轨线及对应的供电焊盘形成“H”形结构，在所述压控振荡器区域的数量大于等于4时，各“H”形结构间隔排列。
可选地，所有的压控振荡器区域的上端齐平，及所有的压控振荡器区域的下端齐平。
可选地，每一所述压控振荡器区域关于对应的压控振荡器区域的几何中心线对称。
可选地，在供电轨线的形状与所述压控振荡器区域的形状不相交时，所述压控振荡器区域进行电连接的位置与所述供电轨线的距离大于等于50微米。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种振荡器结构，所述振荡器结构基于所述低相噪多核压控振荡器版图结构形成，在每一所述压控振荡器区域上均设置两个压控振荡器，两个压控振荡器耦合形成一对。
可选地，位于同一压控振荡器区域中的两个压控振荡器的参数一致。
可选地，每一所述压控振荡器均包括一个中心抽头电感，其中，属于同一压控振荡器区域的两个中心抽头电感通过延长线互相耦合。
可选地，所述中心抽头电感的形状包括正八边形、圆形。
可选地，两个压控振荡器的耦合方式包括两个压控振荡器的耦合线采用平行的方式进行连接、两个压控振荡器的耦合线采用交叉的方式进行连接。
可选地，将总频段划分成多个频段区间，频段区间的数量等于压控振荡器区域的数量，且压控振荡器区域中两个耦合的压控振荡器产生的工作频段与频段区间一一对应。
可选地，在所述频段区间数量大于等于4时，通过调节使相邻的每对压控振荡器的工作频段彼此不相交。
如上所述，本发明的一种低相噪多核压控振荡器版图结构及振荡器结构，具有以下有益效果：
1) 本发明的低相噪多核压控振荡器版图结构及振荡器结构，通过设置压控振荡器区域使每对压控振荡器的谐振频率偏离较远，避免各压控振荡器对之间相互磁耦而引起品质因数下降，甚至导致压控振荡器难以起振，极大地提高了压控振荡器的可靠性。
2) 本发明的低相噪多核压控振荡器版图结构及振荡器结构，考虑了供电轨线到压控振荡器的耦合影响，避免由供电耦合引入的杂散或振荡模糊，最大限度地实现了压控振荡器的低相噪性能。
附图说明
图1显示为本发明一示例性的双核耦合分段式压控振荡器的电路示意图。
图2显示为本发明的低相噪多核压控振荡器版图结构的第一示意图。
图3显示为本发明的低相噪多核压控振荡器版图结构的第二示意图。
附图标记说明
1-双核耦合分段式压控振荡器；11-压控振荡单元；12-多路选择器；21-第一压控振荡器区域；211-压控振荡器；212-第一压控振荡器区域顶端中心点；213-平行耦合线；22-第二压控振荡器区域；23-第三压控振荡器区域；24-第四压控振荡器区域；25-第一路供电轨线；26-第一路供电焊盘；27-第二路供电轨线；28-第二路供电焊盘；31-第五压控振荡器区域；311-压控振荡器；312-第五压控振荡器区域几何中心点；313-交叉耦合线；32-第六压控振荡器区域；33-第七压控振荡器区域；34-第八压控振荡器区域；35-供电焊盘；36-第一部分；37-第二部分。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1至图3。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
图1展示了一种双核耦合分段式压控振荡器1，首先将两个压控振荡单元11耦合到一起形成一个压控振荡器核，实现两个压控振荡单元11的输出信号的同相合成；然后将多核压控振荡器的输出端与多路选择器12的输入端连接，采用分段式控制的方式保障每一核压控振荡器工作在对应的工作频段内，使每一核压控振荡器的Q值均得到优化，有利于实现较低的相位噪声和较宽的频带覆盖，但是采用图1的设置方式需要较多的片上电感，而电感工作时极容易使不同核压控振荡器之间相互串扰，导致频率牵引、噪底抬升、引入杂散(当射频混频器和放大器工作在非线性区时，由于失真的因素就会产生谐波和杂散频率。输入频率的整数倍频信号称为谐波，而非整数倍频信号称为杂散)，因此，图1展示的双核耦合分段式压控振荡器限制了多核压控振荡器的应用环境。
因此，本发明提供了一种低相噪多核压控振荡器版图结构及振荡器结构，具体实施如下：
如图2及图3所示，本实施例提供一种低相噪多核压控振荡器版图结构，所述低相噪多核压控振荡器版图结构包括：多个压控振荡器区域21及两路供电轨线或两路以上供电轨线，其中：
如图2及图3所示，每一压控振荡器区域均与相邻的压控振荡器区域平行，其中，每一压控振荡器区域均用于设置压控振荡器，多路选择器的输入端与每一压控振荡器区域的输出端电连接，每一压控振荡器区域通过多路选择器进行输出。需要说明的是，多路选择器以及多路选择器与压控振荡器区域的连接关系没有在图2及图3中进行展示。
具体地，作为示例，如图2及图3所示，所有的压控振荡器区域的上端齐平，及所有的压控振荡器区域的下端齐平；每一压控振荡器区域关于对应的压控振荡器区域的几何中心线对称。需要说明的是，压控振荡器是具有输出信号的振荡器，其输出可以在一定范围内变化，该范围由输入电流电压控制。简单来说，压控振荡器是一种振荡器类型，其输出频率与其输入电压直接相关，振荡频率从几赫兹到几百G赫兹不等，通过改变输入直流电压，调整所产生信号的输出频率。压控振荡器有多种形式，它可以是某种类型的LC或晶体振荡器，也可以是某种类型的RC振荡器或多谐振荡器。对于RC型振荡器，其振荡频率f与电容C呈反比(f = 1/(2Π*R*C))；对于LC型振荡器，其振荡频率等于1/(2Π*( L*C)1/2)。因此，随着反向或控制电压增加，电容C减小，而控制电压的增加会增加振荡频率，反之亦然。而将所有的压控振荡器区域设置为上端齐平及下端齐平、每一压控振荡器区域关于对应的压控振荡器区域的几何中心线对称，是为了减小不同压控振荡器区域之间的感应电磁串扰，尽最大限度地保证不同压控振荡器区域上的压控振荡器对所产生的磁场方向相互正交。如果所有的压控振荡器区域没有设置成上端齐平及下端齐平、或者没有设置成每一压控振荡器区域关于对应的压控振荡器区域的几何中心线对称的方式，则需要对压控振荡器区域进行仿真验证以计算压控振荡器区域的铜箔宽度(由于高速率的信号容易导致趋肤效应，使分布电容/电感变大，这样会导致信号变坏，而铜箔宽度能够影响信号的同步问题，因此，需要调整走线的形状来调整铜箔宽度，进而调节压控振荡器区域的设置形式)、或者采用多层版图布局的方式分别设置不同的压控振荡器区域的方式以减小电磁串扰，因此，应根据具体的使用场景对所有的压控振荡器区域的设置形式进行选择，并不以本实施例为限。
如图2所示，在供电轨线与压控振荡器区域形状不相交时，供电轨线包括第一路供电轨线25与第二路供电轨线27，在第一路供电轨线25及第二路供电轨线27的同一端均设置一个与对应供电轨线电连接的供电焊盘，包括第一路供电焊盘26及第二路供电焊盘28，其中，每一压控振荡器区域(作为示例，压控振荡器区域包括：第一压控振荡器区域21、第二压控振荡器区域22、第三压控振荡器区域23及第四压控振荡器区域24)的上端中心点(作为示例，第一压控振荡器区域顶端中心点212与第一路供电轨线25垂直电连接)到第一路供电轨线25的连接线均与第一路供电轨线25垂直，每一压控振荡器区域(作为示例，压控振荡器区域包括：第一压控振荡器区域21、第二压控振荡器区域22、第三压控振荡器区域23及第四压控振荡器区域24)的下端中心点到第二路供电轨线27的连接线均与第二路供电轨线27垂直。
具体地，作为示例，如图2所示，在供电轨线的形状与压控振荡器区域的形状不相交时，压控振荡器区域进行电连接的位置与供电轨线的距离大于等于50微米。需要说明的是，供电轨线与各压控振荡器区域垂直电连接是为了保证位于同一压控振荡器区域内的两个压控振荡器在工作时产生的磁场相互正交，最大限度地减小谐振频率之间的串扰。如果不采用垂直电连接的方式，则需要对压控振荡器区域进行仿真验证以计算压控振荡器区域的铜箔宽度，或者用多层版图布局的方式分别设置不同的压控振荡器区域的方式以减小谐振频率的串扰；而压控振荡器区域与供电轨线的距离设置应该以不影响压控振荡器的品质因数(Q值)为目的，具体的操作为通过仿真验证的方式进行选择，验证方式的过程，在这里就不一一赘述。因此，应根据实际的使用场景对供电轨线的电连接方式进行设置，并不以本实施例为限。如图3所示，在供电轨线与压控振荡器区域的形状相交时，供电轨线的数量与压控振荡器区域的数量相等且一一对应，供电焊盘的数量等于压控振荡器区域的数量的一半，每一路供电轨线的几何中心点与压控振荡器区域的几何中心点重合，其中，每一路供电轨线包括第一部分与第二部分，第一部分与第二部分的交叉点为供电轨线的几何中心点，每一路供电轨线的第一部分的端点与对应的压控振荡器区域的上端中心点及下端中心点电连接，每一路供电轨线的第二部分的端点与对应的供电焊盘电连接；相邻的两个压控振荡器区域与对应的两路供电轨线及对应的供电焊盘形成“H”形结构，在压控振荡器区域的数量大于等于4时，各“H”形结构间隔排列。需要说明的是，作为示例，与第五压控振荡器区域31的形状相交的供电轨线包括第一部分36与第二部分37，第一部分36与第二部分37的交叉点为供电轨线的几何中心点，第一部分36的端点与第五压控振荡器区域31的上端中心点及下端中心点电连接，第二部分37的端点与供电焊盘35电连接，第五压控振荡器区域31及第六压控振荡器区域32与对应的两路供电轨线及供电焊盘35形成一个“H”形结构，而第七压控振荡器区域33及第八压控振荡器区域34与对应的两路供电轨线及对应的供电焊盘也形成一个“H”形结构，这两个“H”形结构间隔排列。
需要说明的是，供电轨线的设置的通常要尽最大限度地避免供电轨线耦合引入的杂散或振荡模糊。图2所展示的供电轨线的设置形式适用于压控振荡器区域上压控振荡器中电感延长线相对较短、且版图面积相对较大的使用场景；图3所展示的供电轨线的设置形式适用于压控振荡器区域上压控振荡器中电感延长线相对较长、且版图面积相对较小的使用场景。具体地，应根据实际需求对供电轨线的设置形式进行选择，在这里就不一一赘述。
本实施例还提供一种振荡器结构，所述振荡器结构基于本实施例提供的低相噪多核压控振荡器版图结构形成，在每一压控振荡器区域上均设置两个压控振荡器，两个压控振荡器耦合形成一对(即一个压控振荡器核)。
具体地，作为示例，位于同一压控振荡器区域中的两个压控振荡器的参数一致。需要说明的是，这里的参数一致指的是两个压控振荡器所输出的信号的波峰、波谷尽可能一致，尽量避免两个压控振荡器谐振、互感而引起品质因数的下降，将两个压控振荡器耦合成一对，能够使通过压控振荡器区域输出的信号功率增加幅度大于噪声功率的增加幅度，从而提升了压控振荡器对的输出信噪比，例如，如果信号功率的增益为6dB，而噪声功率的增益为3dB，那么整体的信噪比的性能就优化了3dB(由6dB减去3dB获得)。进一步地，如果同一压控振荡器区域中的两个压控振荡器的参数不一致，则需要对压控振荡器区域进行仿真验证以计算压控振荡器区域的铜箔宽度，或者用多层版图布局的方式分别设置不同的压控振荡器区域的方式以减小谐振频率的串扰。因此，应根据实际的使用场景对位于同一压控振荡器区域中的两个压控振荡器进行设置，并不以本实施例为限。
具体地，作为示例，每一压控振荡器均包括一个中心抽头电感，其中，属于同一压控振荡器区域的两个中心抽头电感通过延长线互相耦合；中心抽头电感的形状包括正八边形、圆形；两两耦合的中心抽头电感的延长线相对较短时，延长线采用不交叉的方式进行连接，如图2所示，平行耦合线213为中心抽头电感的延长线相对较短时两两耦合的压控振荡器211的连接方式；两两耦合的中心抽头电感的延长线相对较长时，延长线采用交叉方式进行连接，如图3所示，交叉耦合线313为中心抽头电感的延长线相对较长时两两耦合的压控振荡器311的连接方式，其中，第五压控振荡器区域几何中心点312也为交叉耦合线313的交叉点。需要说明的是，中心抽头电感指的是带有抽头的电感，这种电感一般是两个绕组，其中一个绕组的头线与另一个绕组的尾线短接成一个抽头，这个抽头就是中心抽头。有抽头说明电感是分段绕制，分段绕制多采用“初级-次级-初级”类似三明治的绕制方式，目的是为了减小漏感和临近效应(临近效应是指当高频电流在两导体中彼此反向流动或在一个往复导体中流动时，电流会集中于导体邻近侧流动的一种特殊的物理现象)，减小开关尖峰，使输出纹波变小。电感通过延长线互相耦合的操作通常是为了减小线圈的相位噪声；电感在工作时，在线圈的内外都有磁场分布，而将电感的线圈的形状设置为正八边形或者圆形是为了使线圈内部的磁场分布更为均衡，同时减弱线圈外部的磁场对压控振荡器的影响；在电感延长线较长时，两两耦合的电感的延长线采用交叉方式进行连接，能够避免从工作电压VDD流入每对压控振荡器的几何中心点所引起的磁耦拉偏，使线圈的互感系数正向增强，因为磁耦拉偏会减少电磁耦合的程度，同时会增加相位噪声。
具体地，各个压控振荡器区域的工作频率不一致，将总频段划分成多个频段区间，频段区间的数量等于压控振荡器区域的数量，且压控振荡器区域中两个耦合的压控振荡器产生的工作频段与频段区间一一对应。需要说明的是，通常需要将各个压控振荡器区域彼此之间的距离拉远。作为示例，如图2及图3所示，如果总频段的频宽需要覆盖1GHz-5GHz，且压控振荡器区域的数量为4个，将总频段分为4个频段区间0.9GHz~2.1GHz、1.9 GHz ~3.1GHz、2.9 GHz ~4.1 GHz、3.9 GHz ~5.1 GHz，在图2中，这4个频段区间编号从低频到高频分别编号为1、2、3、4，则第一压控振荡器区域21的工作频段设置与编号3的频段区间对应，第二压控振荡器区域22的工作频段设置与编号1的频段区间对应，第三压控振荡器区域23的工作频段设置与编号4的频段区间对应，第四压控振荡器区域24的工作频段设置与编号2的频段区间对应。在图3中，这4个频段区间编号同样也是从低频到高频分别编号为1、2、3、4，则第五压控振荡器区域31的工作频段设置与编号3的频段区间对应，第六压控振荡器区域32的工作频段设置与编号1的频段区间对应，第七压控振荡器区域33的工作频段设置与编号4的频段区间对应，第八压控振荡器区域34的工作频段设置与编号2的频段区间对应。也就是说在版图布局上，当频段区间数量≥4时，需要通过调节使相邻的每对压控振荡器的工作频段距离较远，至少彼此不相交，这样做的好处在于可避免各压控振荡器对之间相互磁耦而引起品质因数下降、难以起振等问题。需要补充说明的是，应根据具体的使用场景对压控振荡器对工作频段与频段区间进行设置，只要能最大限度地减小串扰，任意压控振荡器对的工作频段设置方式均适用，并不以本实施例为限。
综上所述，本发明的一种低相噪多核压控振荡器版图结构及振荡器结构至少包括多个压控振荡器区域及两路供电轨线或两路以上供电轨线，其中：每一所述压控振荡器区域均与相邻的所述压控振荡器区域平行，其中，每一所述压控振荡器区域均用于设置压控振荡器；在供电轨线的形状与所述压控振荡器区域的形状不相交时，供电轨线包括第一路供电轨线与第二路供电轨线，其中，每一所述压控振荡器区域的上端中心点到第一路供电轨线的连接线均与第一路供电轨线垂直，每一所述压控振荡器区域的下端中心点到第二路供电轨线的连接线均与第二路供电轨线垂直，其中，在第一路供电轨线及第二路供电轨线的同一端均设置一个与对应供电轨线电连接的供电焊盘；在供电轨线与所述压控振荡器区域的形状相交时，供电轨线的数量与所述压控振荡器区域的数量相等且一一对应，供电焊盘的数量等于所述压控振荡器区域的数量的一半，每一路供电轨线的几何中心点与所述压控振荡器区域的几何中心点重合，其中，每一路供电轨线包括第一部分与第二部分，所述第一部分与所述第二部分的交叉点为供电轨线的几何中心点，每一路供电轨线的第一部分的端点与对应的所述压控振荡器区域的上端中心点及下端中心点电连接，每一路供电轨线的第二部分的端点与对应的供电焊盘电连接；相邻的两个压控振荡器区域与对应的两路供电轨线及对应的供电焊盘形成“H”形结构，在所述压控振荡器区域的数量大于等于4时，各“H”形结构间隔排列。本发明的低相噪多核压控振荡器版图结构及振荡器结构，通过设置压控振荡器区域使每对压控振荡器的谐振频率偏离较远，避免各压控振荡器对之间相互磁耦而引起品质因数下降，甚至导致压控振荡器难以起振，极大地提高了压控振荡器的可靠性。本发明的低相噪多核压控振荡器版图结构及振荡器结构，考虑了供电轨线到压控振荡器的耦合影响，避免由供电耦合引入的杂散或振荡模糊，最大限度地实现了压控振荡器的低相噪性能。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (8)
1.一种低相噪多核压控振荡器版图结构，其特征在于，所述低相噪多核压控振荡器版图结构至少包括：多个压控振荡器区域及两路供电轨线或两路以上供电轨线，其中：每一所述压控振荡器区域均与相邻的所述压控振荡器区域平行，其中，每一所述压控振荡器区域均用于设置压控振荡器；
在供电轨线的形状与所述压控振荡器区域的形状不相交时，供电轨线包括第一路供电轨线与第二路供电轨线，其中，每一所述压控振荡器区域的上端中心点到第一路供电轨线的连接线均与第一路供电轨线垂直，每一所述压控振荡器区域的下端中心点到第二路供电轨线的连接线均与第二路供电轨线垂直，其中，在第一路供电轨线及第二路供电轨线的同一端均设置一个与对应供电轨线电连接的供电焊盘；
在供电轨线与所述压控振荡器区域的形状相交时，供电轨线的数量与所述压控振荡器区域的数量相等且一一对应，供电焊盘的数量等于所述压控振荡器区域的数量的一半，每一路供电轨线的几何中心点与所述压控振荡器区域的几何中心点重合，其中，每一路供电轨线包括第一部分与第二部分，所述第一部分与所述第二部分的交叉点为供电轨线的几何中心点，每一路供电轨线的第一部分的端点与对应的所述压控振荡器区域的上端中心点及下端中心点电连接，每一路供电轨线的第二部分的端点与对应的供电焊盘电连接；相邻的两个压控振荡器区域与对应的两路供电轨线及对应的供电焊盘形成“H”形结构，在所述压控振荡器区域的数量大于等于4时，各“H”形结构间隔排列，其中，所有的压控振荡器区域的上端齐平，及所有的压控振荡器区域的下端齐平；每一所述压控振荡器区域关于对应的压控振荡器区域的几何中心线对称；所述压控振荡器区域用于设置压控振荡器，压控振荡器用于产生工作频段，工作频段与频段区间一一对应，其中，频段区间通过对总频段划分而获得，当频段区间数量≥4时，通过调节频段区间使相邻的工作频段满足彼此不相交。
2.根据权利要求1所述的低相噪多核压控振荡器版图结构，其特征在于：在供电轨线的形状与所述压控振荡器区域的形状不相交时，所述压控振荡器区域进行电连接的位置与所述供电轨线的距离大于等于50微米。
3.一种振荡器结构，其特征在于：所述振荡器结构基于如权利要求1-2任意一项所述的低相噪多核压控振荡器版图结构形成，在每一所述压控振荡器区域上均设置两个压控振荡器，两个压控振荡器耦合形成一对。
4.根据权利要求3所述的振荡器结构，其特征在于：位于同一压控振荡器区域中的两个压控振荡器的参数一致。
5.根据权利要求3所述的振荡器结构，其特征在于：每一所述压控振荡器均包括一个中心抽头电感，其中，属于同一压控振荡器区域的两个中心抽头电感通过延长线互相耦合。
6.根据权利要求5所述的振荡器结构，其特征在于：所述中心抽头电感的形状包括正八边形、圆形。
7.根据权利要求3所述的振荡器结构，其特征在于：两个压控振荡器的耦合方式包括两个压控振荡器的耦合线采用平行的方式进行连接、两个压控振荡器的耦合线采用交叉的方式进行连接。
8.根据权利要求3所述的振荡器结构，其特征在于：将总频段划分成多个频段区间，频段区间的数量等于压控振荡器区域的数量，且压控振荡器区域中两个耦合的压控振荡器产生的工作频段与频段区间一一对应。
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Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20020001026A (ko) * | 2000-06-23 | 2002-01-09 | 이형도 | 듀얼 밴드 전압제어 발진기의 스위칭 회로 |
| JP2004147310A (ja) * | 2002-10-03 | 2004-05-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 電圧制御発振器、無線通信機器、電圧制御発振方法 |
| CN103095217A (zh) * | 2013-01-16 | 2013-05-08 | 东南大学 | 低相位噪声压控振荡器 |
| CN103117745A (zh) * | 2013-03-19 | 2013-05-22 | 苏州朗宽电子技术有限公司 | 一种具有低相位噪声的压控振荡器 |
| US9543892B1 (en) * | 2015-07-16 | 2017-01-10 | Qualcomm Incorporated | Overlapping uncoupled inductors for low-cost multi-frequency voltage-controlled oscillators |
| CN110098801A (zh) * | 2019-06-13 | 2019-08-06 | 珠海微度芯创科技有限责任公司 | 压控振荡器 |
| CN110729967A (zh) * | 2019-09-12 | 2020-01-24 | 天津大学 | 一种具有宽调谐范围的窄带切换毫米波压控振荡器 |
| US10749468B1 (en) * | 2019-05-21 | 2020-08-18 | Qualcomm Incorporated | Layout for voltage-controlled oscillator (VCO) |
| CN212086171U (zh) * | 2020-01-22 | 2020-12-04 | 重庆芯龙科技有限公司 | 一种环形压控振荡器的版图结构 |
| 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 |
| CN114584075A (zh) * | 2022-03-11 | 2022-06-03 | 安徽传矽微电子有限公司 | 一种变压器型分布式多核振荡器及其集成电路与终端 |
| CN115333371A (zh) * | 2018-12-26 | 2022-11-11 | 华为技术有限公司 | 一种包含谐振电路的集成电路 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003229718A (ja) * | 2002-02-01 | 2003-08-15 | Nec Electronics Corp | 電圧制御発振器 |
| JP4793595B2 (ja) * | 2005-08-09 | 2011-10-12 | 日本電気株式会社 | 周波数シンセサイザ |
| GB2442034A (en) * | 2006-09-21 | 2008-03-26 | Iti Scotland Ltd | Voltage-controlled oscillator |
| US8169271B2 (en) * | 2009-03-06 | 2012-05-01 | Intel Corporation | Interference resistant local oscillator |
-
2023
- 2023-07-21 CN CN202310897037.8A patent/CN116614089B/zh active Active
Patent Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20020001026A (ko) * | 2000-06-23 | 2002-01-09 | 이형도 | 듀얼 밴드 전압제어 발진기의 스위칭 회로 |
| JP2004147310A (ja) * | 2002-10-03 | 2004-05-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 電圧制御発振器、無線通信機器、電圧制御発振方法 |
| CN103095217A (zh) * | 2013-01-16 | 2013-05-08 | 东南大学 | 低相位噪声压控振荡器 |
| CN103117745A (zh) * | 2013-03-19 | 2013-05-22 | 苏州朗宽电子技术有限公司 | 一种具有低相位噪声的压控振荡器 |
| US9543892B1 (en) * | 2015-07-16 | 2017-01-10 | Qualcomm Incorporated | Overlapping uncoupled inductors for low-cost multi-frequency voltage-controlled oscillators |
| WO2017011116A1 (en) * | 2015-07-16 | 2017-01-19 | Qualcomm Incorporated | Overlapping uncoupled inductors for low-cost multi-frequency voltage-controlled oscillators |
| CN115333371A (zh) * | 2018-12-26 | 2022-11-11 | 华为技术有限公司 | 一种包含谐振电路的集成电路 |
| US10749468B1 (en) * | 2019-05-21 | 2020-08-18 | Qualcomm Incorporated | Layout for voltage-controlled oscillator (VCO) |
| CN110098801A (zh) * | 2019-06-13 | 2019-08-06 | 珠海微度芯创科技有限责任公司 | 压控振荡器 |
| CN110729967A (zh) * | 2019-09-12 | 2020-01-24 | 天津大学 | 一种具有宽调谐范围的窄带切换毫米波压控振荡器 |
| CN212086171U (zh) * | 2020-01-22 | 2020-12-04 | 重庆芯龙科技有限公司 | 一种环形压控振荡器的版图结构 |
| 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 |
| CN114584075A (zh) * | 2022-03-11 | 2022-06-03 | 安徽传矽微电子有限公司 | 一种变压器型分布式多核振荡器及其集成电路与终端 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| "A low phase noise wide tuning range CMOS quadrature VCO using cascade topology";Chao-Shiun Wang;《Proceedings of 2004 IEEE Asia-Pacific Conference on Advanced System Integrated Circuits》;第138-141页 * |
| 一种低功耗低相位噪声的压控振荡器设计;易鸿;;陕西理工学院学报(自然科学版)(第06期);全文 * |
| 袁路 ; 唐长文 ; 闵昊 ; .一种低调谐增益变化的宽带电感电容压控振荡器.半导体学报.2008,(第05期),全文. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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Legal Events
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