CN117097263A - 一种双模式的单核振荡器 - Google Patents

一种双模式的单核振荡器 Download PDF

Info

Publication number
CN117097263A
CN117097263A CN202311138628.3A CN202311138628A CN117097263A CN 117097263 A CN117097263 A CN 117097263A CN 202311138628 A CN202311138628 A CN 202311138628A CN 117097263 A CN117097263 A CN 117097263A
Authority
CN
China
Prior art keywords
mos tube
inductor
varactor
drain electrode
mos
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.)
Granted
Application number
CN202311138628.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN117097263B (zh
Inventor
吴亮
康泽辉
于陈
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.)
Chinese University of Hong Kong Shenzhen
Original Assignee
Chinese University of Hong Kong Shenzhen
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 Chinese University of Hong Kong Shenzhen filed Critical Chinese University of Hong Kong Shenzhen
Priority to CN202311138628.3A priority Critical patent/CN117097263B/zh
Publication of CN117097263A publication Critical patent/CN117097263A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN117097263B publication Critical patent/CN117097263B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

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
    • H03B5/1237—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 comprising means for varying the frequency of the generator
    • H03B5/1262—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 comprising means for varying the frequency of the generator the means comprising switched elements
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K19/00—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
    • H03K19/02—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components
    • H03K19/08—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices
    • H03K19/094—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices using field-effect transistors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Inductance-Capacitance Distribution Constants And Capacitance-Resistance Oscillators (AREA)

Abstract

本发明公开了一种双模式的单核振荡器，包括第一MOS管M1、第二MOS管M2、第三MOS管M3、第一电容C1、第二电容C2、第一电感L1~第五电感L5，第一电容C1以及第一变容管Var1~第四变容管Var4，所述第三MOS管M3的源极连接到第一MOS管的漏极，所述第三MOS管M3的漏极连接到第二MOS管的漏极，所述第三MOS管M3的栅极连接有第三偏置电压输入端口。本发明的振荡器通过开关仅在一个振荡器核心实现差模和共模的切换，并能够实现差模和共模状态下频率的调谐。

Description

一种双模式的单核振荡器
技术领域
本发明涉及振荡器，特别是涉及一种双模式的单核振荡器。
背景技术
传统的差分振荡器如图1所示，该结构可以实现单个频带的差分信号，通过改变两个MOS管漏极之间的变容管对的容值，可以实现频率的连续调节。但是工作在共模模式时，变容管对两端相位相同，变容管被短路，此时变容管容值不会对共模频率产生影响，因此无法实现共模模式的频率调谐，因此并不适用于多模式的工作；
现有的多模振荡器一般用双核振荡器之间的耦合实现差模和共模的切换。而现有的多模振荡器因为需要多个振荡器核心，不仅增加了振荡器的功耗，提高了设计的复杂度，还同时增加了振荡器的面积。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种双模式的单核振荡器，通过开关切换，仅在一个振荡器核心实现差模和共模的切换，并能够实现差模和共模状态下频率的调谐。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种双模式的单核振荡器，包括第一MOS管M1、第二MOS管M2、第三MOS管M3、第一电容C1、第二电容C2、第一电感L1～第五电感L5，第一电容C1以及第一变容管Var1～第四变容管Var4；
所述第一MOS管M1的漏极与第二电感L2的第一端连接，所述第二MOS管M2的漏极与第三电感L3的第一端连接，所述第二电感L2的第二端与第三电感L3的第二端相连，所述第一电感L1的第一端连接到第二电感L2与第三电感L3之间，第一电感L1的第二端连接供电电源；所述第一MOS管M1的源极和第二MOS管M2的源极相连且连接的公共点接地；所述第一MOS管M1的栅极依次通过第一电容C1和第二电容C2连接到第二MOS管M2的栅极；
第四电感L4的第一端连接到第一MOS管M1的栅极，第四电感L4的第二端连接到第二MOS管M2的漏极；第五电感L5的第一端连接到第二MOS管M2的栅极，第五电感L5的第二端连接到第一MOS管M1的漏极；
第一变容管Var1的第一端与第二变容管Var2的第一端连接，第一变容管Var1的第二端连接到第一MOS管M1的漏极，第二变容管Var2的第二端连接到第二MOS管M2的栅极；所述第三变容管Var3的第一端与第四变容管Var4的第一端连接，第三变容管Var3的第二端与第二MOS管M2的漏极连接，第四变容管Var4的第二端与第一MOS管M1的栅极连接；所述第一变容管Var1与第二变容管Var2之间连接有第一偏置电压输入端口，所述第三变容管Var3与第四变容管Var4之间连接有第二偏置电压输入端口；
所述第三MOS管M3的源极连接到第二电感L2的第一端，所述第三MOS管M3的漏极连接到第三电感L3的第一端，所述第三MOS管M3的栅极连接有第三偏置电压输入端口。
进一步地，所述第一MOS管M1和第二MOS管M2均为PMOS管，所述第三MOS管M3为NMOS管；所述第一偏置电压输入端口和第二偏置电压输入端口输入的偏置电压相同。
本发明的有益效果是：本发明通过第三MOS管作为开关进行切换，仅在一个振荡器核心就能够实现差模和共模的切换，并能够实现差模和共模状态下频率的调谐。
附图说明
图1为传统差分振荡器的原理示意图；
图2为本发明的原理示意图；
图3为第三MOS管M3断开时的等效电路图；
图4为第三MOS管M3闭合时的等效电路图；
图5为双核心的振荡器电路图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图2所示，一种双模式的单核振荡器，包括第一MOS管M1、第二MOS管M2、第三MOS管M3、第一电容C1、第二电容C2、第一电感L1～第五电感L5，第一电容C1以及第一变容管Var1～第四变容管Var4；
所述第一MOS管M1的漏极与第二电感L2的第一端连接，所述第二MOS管M2的漏极与第三电感L3的第一端连接，所述第二电感L2的第二端与第三电感L3的第二端相连，所述第一电感L1的第一端连接到第二电感L2与第三电感L3之间，第一电感L1的第二端连接供电电源；所述第一MOS管M1的源极和第二MOS管M2的源极相连且连接的公共点接地；所述第一MOS管M1的栅极依次通过第一电容C1和第二电容C2连接到第二MOS管M2的栅极；
第四电感L4的第一端连接到第一MOS管M1的栅极，第四电感L4的第二端连接到第二MOS管M2的漏极；第五电感L5的第一端连接到第二MOS管M2的栅极，第五电感L5的第二端连接到第一MOS管M1的漏极；
第一变容管Var1的第一端与第二变容管Var2的第一端连接，第一变容管Var1的第二端连接到第一MOS管M1的漏极，第二变容管Var2的第二端连接到第二MOS管M2的栅极；所述第三变容管Var3的第一端与第四变容管Var4的第一端连接，第三变容管Var3的第二端与第二MOS管M2的漏极连接，第四变容管Var4的第二端与第一MOS管M1的栅极连接；所述第一变容管Var1与第二变容管Var2之间连接有第一偏置电压输入端口，所述第三变容管Var3与第四变容管Var4之间连接有第二偏置电压输入端口；
所述第三MOS管M3的源极连接到第二电感L2的第一端，所述第三MOS管M3的漏极连接到第三电感L3的第一端，所述第三MOS管M3的栅极连接有第三偏置电压输入端口。
本申请通过在第一MOS管M1和第二MOS管的漏极之间连接第三MOS管M3，第三MOS管M3起开关作用，通过改变第三MOS管栅极输入的MOS管的偏置电压，可以调节第三MOS管的通断，实现该振荡器的模式切换：
当第三MOS管M3(看作开关)断开时，等效电路图如图3所示，此时第一MOS管M1和第二MOS管M2的漏极相位反相，所以振荡器工作在差模模式，此时，振荡器的工作频率取决于电感L2～L5的感值和变容管Var1～Var4的容值；
当第三MOS管M3(看作开关)闭合时，等效电路如图4所示，第一MOS管M1和第二MOS管M2的漏极短路，相位一致，所以振荡器工作在高频率的共模模式，此时，振荡器的工作频率取决于电感L4、L5的感值和变容管Var1～Var4的容值；
其中第一偏置电压输入端口输入的偏置电压VCON1和第二偏置电压输入端口输出的偏置电压VCON2相同，即两对变容管(Var1、Var2为第一对变容管，Var3、Var4为第二对变容管)有着相同的偏置电压；
本申请可以调节其工作在差模和共模模式下的频率，调节方式如下：
(1)对于所需的差模模式频率fdif，由于频率由电感L2～L5的感值和变容管Var1～Var4的容值的乘积共同决定，调谐范围由电感L2～L5的感值和变容管Var1～Var4的容值的比值共同决定。因此当确认需要的频率和调谐范围的情况下就可以通过扫描电感L2～L5的感值和变容管Var1～Var4的容值，使其振荡器共模模式下工作在所需的频率fdif并满足所需的调谐范围；
(2)对于所需的差模模式频率fcom，在(1)的基础上扫描电感L1的感值使其在共模模式下工作频率为fcom。且因为电感L1不影响差模频率，因此不会对实现的差模频率产生影响；
由于本申请两对电容管分别与电感L4～L5是并联关系(变容管对Var1、Var2与电感L5并联。变容管对Var3、Var4与电感L4并联)，无论差共模模式变容管对都不会被短路，因此本申请的方案能够在差模和共模都实现频率调谐。
如图5所示，是一个双核振荡器的电路设计，该电路两个红框内的电路单独拿出来都能够实现独立的振荡器，该设计通过两个振荡器(框内)再加上耦合结构(非框内部分)实现了两个振荡器的耦合，因此叫做双核振荡器。其中核指代的是一个独立的振荡器单元。
在其余多模式的振荡器中往往用多个振荡器的耦合实现多个模式，本申请只采用了一个独立的振荡器单元实现了两个模式，因此为了与其余用多个振荡器耦合实现两个模式的设计区分开来，本设计叫做单核双模振荡器，可见，本申请能够明显降低设计的复杂度，降低振荡器功耗，减小振荡器面积。
在本申请的实施例中，本申请工作在差模模式时，其频率范围为16.95-20.35GHz，调谐范围为18.4％，当工作在20.29GHz时，功耗为4.7mW，10MHz处相位噪声为-133.35dBc/Hz，对应FoM为192.7dBc/Hz。当工作在共模模式时，其频率范围为31.49-40.08GHz，调谐范围为24％，当工作在39.76GHz时，功耗为5.6mW，10MHz处相位噪声为-126.49dBc/Hz，对应FoM为191dBc/Hz。表一总结了最近的双频带振荡器的性能参数，通过比较说明了本设计的谐波振荡器综合性能(FoM)在毫米波频段的谐波振荡器中处于领先水平，同时实现了单核双模式的设计，降低了芯片设计复杂度的同时实现了优良的振荡器综合性性能。
表一本设计双频带振荡器性能对比表
上述说明示出并描述了本发明的一个优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (4)

1.一种双模式的单核振荡器，其特征在于：包括第一MOS管M1、第二MOS管M2、第三MOS管M3、第一电容C1、第二电容C2、第一电感L1~第五电感L5，第一电容C1以及第一变容管Var1~第四变容管Var4；
所述第一MOS管M1的漏极与第二电感L2的第一端连接，所述第二MOS管M2的漏极与第三电感L3的第一端连接，所述第二电感L2的第二端与第三电感L3的第二端相连，所述第一电感L1的第一端连接到第二电感L2与第三电感L3之间，第一电感L1的第二端连接供电电源；所述第一MOS管M1的源极和第二MOS管M2的源极相连且连接的公共点接地；所述第一MOS管M1的栅极依次通过第一电容C1和第二电容C2连接到第二MOS管M2的栅极；
第四电感L4的第一端连接到第一MOS管M1的栅极，第四电感L4的第二端连接到第二MOS管M2的漏极；第五电感L5的第一端连接到第二MOS管M2的栅极，第五电感L5的第二端连接到第一MOS管M1的漏极；
第一变容管Var1的第一端与第二变容管Var2的第一端连接，第一变容管Var1的第二端连接到第一MOS管M1的漏极，第二变容管Var2的第二端连接到第二MOS管M2的栅极；所述第三变容管Var3的第一端与第四变容管Var4的第一端连接，第三变容管Var3的第二端与第二MOS管M2的漏极连接，第四变容管Var4的第二端与第一MOS管M1的栅极连接；所述第一变容管Var1与第二变容管Var2之间连接有第一偏置电压输入端口，所述第三变容管Var3与第四变容管Var4之间连接有第二偏置电压输入端口；
所述第三MOS管M3的源极连接到第一MOS管的漏极，所述第三MOS管M3的漏极连接到第二MOS管的漏极，所述第三MOS管M3的栅极连接有第三偏置电压输入端口。
2.根据权利要求1所述的一种双模式的单核振荡器，其特征在于：所述第一MOS管M1和第二MOS管M2均为PMOS管。
3.根据权利要求1所述的一种双模式的单核振荡器，其特征在于：所述第三MOS管M3为NMOS管。
4.根据权利要求1所述的一种双模式的单核振荡器，其特征在于：所述第一偏置电压输入端口和第二偏置电压输入端口输入的偏置电压相同。
CN202311138628.3A 2023-09-01 2023-09-01 一种双模式的单核振荡器 Active CN117097263B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311138628.3A CN117097263B (zh) 2023-09-01 2023-09-01 一种双模式的单核振荡器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311138628.3A CN117097263B (zh) 2023-09-01 2023-09-01 一种双模式的单核振荡器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN117097263A true CN117097263A (zh) 2023-11-21
CN117097263B CN117097263B (zh) 2024-04-26

Family

ID=88773233

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202311138628.3A Active CN117097263B (zh) 2023-09-01 2023-09-01 一种双模式的单核振荡器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN117097263B (zh)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120081155A1 (en) * 2010-04-15 2012-04-05 Fudan University Dual-Mode Voltage Controlled Oscillator, Frequency Synthesizer and Wireless Receiving Device
US9356556B1 (en) * 2015-08-06 2016-05-31 Xilinx, Inc. Circuits for and methods of implementing a dual-mode oscillator
CN106571777A (zh) * 2016-11-04 2017-04-19 华为技术有限公司 双模振荡器及多相位振荡器
CN107425812A (zh) * 2017-03-09 2017-12-01 中国科学院微电子研究所 一种基于双模电感的毫米波压控振荡器
KR20190109042A (ko) * 2018-03-16 2019-09-25 충북대학교 산학협력단 신호 생성 장치
CN112003613A (zh) * 2020-09-02 2020-11-27 重庆西南集成电路设计有限责任公司 双核并联跨导线性化低相噪压控振荡器
CN115441834A (zh) * 2022-08-26 2022-12-06 泛升云微电子(苏州)有限公司 一种电感电容型压控振荡器
CN116545381A (zh) * 2023-05-24 2023-08-04 香港中文大学（深圳） 一种补偿温度变化导致频率漂移的压控振荡器及校准方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120081155A1 (en) * 2010-04-15 2012-04-05 Fudan University Dual-Mode Voltage Controlled Oscillator, Frequency Synthesizer and Wireless Receiving Device
US9356556B1 (en) * 2015-08-06 2016-05-31 Xilinx, Inc. Circuits for and methods of implementing a dual-mode oscillator
CN106571777A (zh) * 2016-11-04 2017-04-19 华为技术有限公司 双模振荡器及多相位振荡器
CN107425812A (zh) * 2017-03-09 2017-12-01 中国科学院微电子研究所 一种基于双模电感的毫米波压控振荡器
KR20190109042A (ko) * 2018-03-16 2019-09-25 충북대학교 산학협력단 신호 생성 장치
CN112003613A (zh) * 2020-09-02 2020-11-27 重庆西南集成电路设计有限责任公司 双核并联跨导线性化低相噪压控振荡器
CN115441834A (zh) * 2022-08-26 2022-12-06 泛升云微电子(苏州)有限公司 一种电感电容型压控振荡器
CN116545381A (zh) * 2023-05-24 2023-08-04 香港中文大学（深圳） 一种补偿温度变化导致频率漂移的压控振荡器及校准方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
兰晓明;颜峻;马何平;石寅;: "一种宽频压控振荡器及高速双模预分频器的设计与实现", 微电子学与计算机, no. 02, 5 February 2010 (2010-02-05) *
唐欣;黄风义;唐旭升;邵明驰;: "应用于IMT-A和UWB系统的双频段开关电流源压控振荡器设计", 东南大学学报(自然科学版), no. 03, 20 May 2013 (2013-05-20) *
陈顺舟;黄海生;李鑫;景哏评;王帅;: "GPS/BD接收机中电感电容压控振荡器设计", 重庆邮电大学学报(自然科学版), no. 03, 15 June 2016 (2016-06-15) *

Also Published As

Publication number Publication date
CN117097263B (zh) 2024-04-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7545230B2 (en) Back-gate coupling voltage control oscillator
CN111565040B (zh) 一种基于双重共模谐振的压控振荡器
CN111293981B (zh) 基于电磁混合耦合的四模振荡器
CN110729967B (zh) 一种具有宽调谐范围的窄带切换毫米波压控振荡器
CN108199687B (zh) 跨导线性化宽带lc型压控振荡器及可调电容阵列电路
CN112953392A (zh) 一种带有三次谐波增强的毫米波压控振荡器
CN116317954A (zh) 一种宽调谐范围和低相位噪声的压控振荡器
CN116260394A (zh) 一种多核开关切换的倍频程调谐振荡器及调谐方法
CN117097263B (zh) 一种双模式的单核振荡器
CN114513166A (zh) 一种采用开关电容耦合调节的宽带Class-F压控振荡器
US7227425B2 (en) Dual-band voltage controlled oscillator utilizing switched feedback technology
CN113676137A (zh) 一种压控振荡器
CN111147022B (zh) 达林顿差分考毕兹压控振荡器
CN116781014A (zh) 压控振荡器
CN115361033B (zh) 一种宽带双模压控振荡器及射频收发机
CN111277222A (zh) 一种基于栅源变压器反馈的电流复用压控振荡器
US7323947B2 (en) Oscillator circuit
Zhan et al. 8.2 A 22.4-to-26.8 GHz Dual-Path-Synchronized Quad-Core Oscillator Achieving− 138dBc/Hz PN and 193.3 dBc/Hz FoM at 10MHz Offset from 25.8 GHz
CN116996021A (zh) 一种基于磁耦合的宽带压控振荡器
CN112737510A (zh) 一种压控振荡器、压控振荡处理方法及电子设备
CN115102502B (zh) 一种驻波振荡器及其工作频率调节方法
CN117559915B (zh) 一种基于双路径电感的双模振荡器
CN219611729U (zh) 一种宽调谐范围和低相位噪声的压控振荡器
CN117081504A (zh) 一种基于谐波电流选择实现谐波调谐的谐波振荡器
CN212258903U (zh) 一种压控振荡器

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
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant