專利名稱：一種寬頻率調(diào)諧范圍lc-vco的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信電子電路技術(shù)領(lǐng)域，涉及電感、電容壓控振蕩器VC0，尤其涉及寬頻率調(diào)諧范圍LC-VCO的實現(xiàn)方法及其電路模塊。
背景技術(shù)：
多模式、多頻段接收機要求VCO具有很大的頻率調(diào)諧范圍，而片上LC的調(diào)諧范圍有限，因此，研究寬帶VCO技術(shù)具有重要的意義。實現(xiàn)寬帶VCO最簡單的技術(shù)就是采用兩個或多個VCO集成在同一芯片上，并且這些VCO的輸出通過多路開關(guān)選擇一路輸出，因此，任意時刻只有一個VCO在工作狀態(tài)，該方法可以實現(xiàn)任意范圍的頻率輸出，但是需要采用多個片上電感，因此芯片面積大，在工程上不適合。此夕卜，通過增加VCO的電壓增益κνω可以在一定程度上實現(xiàn)較寬的帶寬，但是該方法有兩個問題，首先，以常用電容調(diào)諧式VCO而言， 電容的可調(diào)比值有限，受器件本身特性限制，其次，VCO的Kvro太大，控制電壓上的噪聲到頻率輸出的增益也增加，因此相位噪聲會變差。目前，最常用的寬帶VCO有兩種，一種為電容開關(guān)式，另一種為電感開關(guān)式。此外還有這同時采用這兩種切換方式的寬帶VC0。電感切換式寬帶VCO最大的優(yōu)點是可以實現(xiàn)很大的頻率調(diào)諧范圍，但是電感開關(guān)對電路性能影響較大，因為在低GHz頻率范圍，電感的Q值遠(yuǎn)小于電容的Q值，Q值一般在 10以下，因此，開關(guān)管的導(dǎo)通電阻會進一步降低電感的Q值，一方面會增加電路的功耗，同時相位噪聲性能下降。此外，當(dāng)MOS開關(guān)管導(dǎo)通時，電感L2工作在短路狀態(tài)，因此，電感此時由于互感的作用會產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而進一步增加電路的損耗。當(dāng)電路工作頻率升高時， 電感的Q值會隨之變大，同時，電容的Q值由于電阻的損耗增加會隨頻率升高而減少，當(dāng)電感的Q值大于電容Q值，MOS開關(guān)管的影響可以忽略，因此，電感切換式寬帶VCO適用于數(shù)十GHz以上工作頻率。電容開關(guān)式寬帶VCO可以實現(xiàn)較大范圍的頻率調(diào)諧范圍，但是當(dāng)開關(guān)可控電容組較多時，開關(guān)可控電容引入的寄生電容會增加而減少頻率調(diào)諧范圍，此外，由于片上電感的 Q值隨頻率會有較大變化，因此，開關(guān)可控電容的取值范圍受到片上電感的取值限制。電容開關(guān)式寬帶VCO的缺陷是(1)頻率范圍受電感與寄生電容的限制。(2)開關(guān)可控電容組較多時，開關(guān)的導(dǎo)通電阻會降低開關(guān)式電容的等效Q值，從而會降低相位噪聲性能。已有技術(shù)《低相位噪聲壓控振蕩器設(shè)計》發(fā)表于《半導(dǎo)體技術(shù)》2007. 11分析了 LC 壓控振蕩器(VCO)相位噪聲，通過改進電路結(jié)構(gòu)，采用PMOS和NMOS管做負(fù)阻管，在尾電流源處加入電感電容濾波，優(yōu)化電感設(shè)計，設(shè)計了一種高性能壓控振蕩器。采用TSMC 0. ISym ΙΡ6Μ CMOS RF工藝，利用Cadence中的Spectre RF工具對電路進行仿真。在電路的偏置電流為6mA、電源電壓VDD= 1. 8v時，輸入控制電壓為0. 8 1.8v，輸出頻率變化為1.四 1. 51GHz，調(diào)諧范圍為12. 9%，相位噪聲為-134. 4dBc/Hz@lMHz，功耗僅為10. 8mW。該電路的主要缺點是頻率調(diào)諧范圍過窄，功耗較大，不能滿足低功耗寬頻率調(diào)諧范圍應(yīng)用場合。中科微肖時茂論文《低功耗寬帶CMOS LC-VCO設(shè)計》基于電容調(diào)諧無尾電流源互補-Gm VC0，提出了一種新的寬帶VCO功耗優(yōu)化的方法。通過改變四個累積型可變電容(AMOS)的偏置電壓實現(xiàn)對電容調(diào)諧曲線補償，使頻率調(diào)諧曲線在整個控制電壓范圍內(nèi)接近線性化，從而實現(xiàn)寬的頻率調(diào)諧范圍。采用標(biāo)準(zhǔn)0. 18/μπι ΙΡ6Μ RFCMOS工藝設(shè)計了一款3. 0 3. 6GHz頻率范圍LC-VC0。測試結(jié)果表明，整個VCO包含輸出緩沖在內(nèi)，面積為 0. 45mm2，工作在1. 5V電源下，電流為1. 8mA，輸出相位噪聲在200kHz偏移處為_93dBc/Hz。 該電路的主要缺點是VCO的控制增益較大，不利于實現(xiàn)低的相位噪聲。杭電程知群論文《基于CMOS工藝寬帶LC壓控振蕩器研究》發(fā)表在《電子器件》 2009. 4期，設(shè)計了一種應(yīng)用于無線通信系統(tǒng)的寬帶電感電容(LC)壓控振蕩器(VC0)，電路采用開關(guān)電容陣列獲得了寬頻率覆蓋范圍；利用開關(guān)可變電容陣列減小了調(diào)諧增益變化；并通過采用高品質(zhì)因數(shù)的差分電感和噪聲濾波技術(shù)獲得了低相位噪聲。電路設(shè)計采用 SMICO. ISymCMOS工藝。仿真結(jié)果表明在工作電壓為1. 8V時，直流功耗為9mW，壓控振蕩器的頻率范圍0. 87 1. 5GHz (53% ),調(diào)諧增益在67MHz/V至72MHz/V之間。相位噪聲優(yōu)于-lOOdBc/HzOlOOkHz，該電路的主要缺點是占用芯片面積大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服已有電容開關(guān)切換式VCO結(jié)構(gòu)的缺陷，公開一種基于等效諧振電容器的寬頻率調(diào)諧范圍電感-電容壓控振蕩器LC-VC0。等效諧振電容器E-Varactor 由多個開關(guān)控制的固定電容器和一個偏置電壓由開關(guān)控制的累積型電容AMOS組成。本發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)。一種寬頻率調(diào)諧范圍LC-VC0，它為基于等效諧振電容器構(gòu)成的LC-VCO電路模塊，包括負(fù)阻放大器11，電感器12，可變電容器13，以及等效諧振電容器14 ；負(fù)阻放大器11，電感器12，可變電容器13以及等效諧振電容器14均為并聯(lián)連接，LC-VCO電路模塊輸出端為VP和VN ；其中所述可變電容器13為電容量隨控制電壓Vrtri變化的電容Cv ；所述等效諧振電容器 14為電容量由開關(guān)組與偏置電壓控制的E-Varactor等效可變電容Ce ；可變電容器13與等效諧振電容器14構(gòu)成總的等效電容Cz ；所述開關(guān)組包括kl kn以及ka和1Λ ；所述偏置電壓包括兩個固定電壓VBl、VB2 和一個控制電壓Vctrl ；所述電感器12，總的等效電容Cz和負(fù)阻放大器11構(gòu)成的并聯(lián)效諧回路，用于決定 LC-VCO電路模塊的輸出頻率和品質(zhì)因數(shù)，總的等效電容是通過控制電壓、開關(guān)與偏置電壓改變，用于改變VCO電路的輸出頻率和實現(xiàn)寬頻率調(diào)諧。所述的寬頻率調(diào)諧范圍LC-VC0，其在于所述等效諧振電容器E-Varactor的組成包括一個偏置電壓由開關(guān)控制的AMOS可變電容器對Cvm和一個開關(guān)控制的固定電容器組Ce;其中所述開關(guān)控制的固定電容器組22包括η對固定電容器C1 Cn和η對控制開關(guān) Kl Κη，以及η個外部的控制信號kl kn ；η對控制開關(guān)與η個外部的控制信號為一一對應(yīng)的控制連接，每對固定電容器為串聯(lián)連接，每對固定電容器的一端通過一個控制開關(guān)連接輸出端VP，另一端都通過一個控制開關(guān)連接輸出端VN ；通過外部的控制信號控制開關(guān)的通或斷，控制固定電容器對的接入或斷開，用于調(diào)整開關(guān)控制的固定電容器組Ce的電容量， 實現(xiàn)等效諧振電容器電容量的粗調(diào)，又能減少引入的寄生電容；所述偏置電壓由開關(guān)控制的AMOS可變電容器對21包括2個AMOS電容器Cv ，2個隔直流電容C，3個偏置電阻R以及控制信號Ka和Kb控制的控制開關(guān)ka和1Λ ；2個AMOS 電容器Cva,串聯(lián)連接，串聯(lián)接點連接偏置電阻R，偏置電阻R的另一端連接控制開關(guān)ka和1Λ 的串聯(lián)接點，控制開關(guān)ka的另一端連接接入外部控制電壓V。tel的VC端，控制開關(guān)1Λ的另一端連接接入外部的固定偏置電壓Vbi的VBl端；二個AMOS電容器的另一端各串聯(lián)連接一個隔直流電容C，二個串聯(lián)接點各連接一偏置電阻R，二個偏置電阻的另一端并聯(lián)連接，并聯(lián)接點連接接入外部的固定偏置電壓Vb2的VB2端；用于AMOS電容的電容量隨VC端控制電壓V。tel變化而改變，實現(xiàn)等效諧振電容器電容量的細(xì)調(diào)，獲得寬的頻率調(diào)諧范圍。在諧振高頻率段，外部控制信號ka為邏輯電平0控制開關(guān)Ka斷開，外部控制信號 kb為邏輯電平1控制開關(guān)Kb導(dǎo)通，外部的固定偏置電壓Vbi由VBl端經(jīng)開關(guān)Kb和偏置電阻R接入二個AMOS電容的串聯(lián)接點，外部的固定偏置電壓Vb2接入VB2端，經(jīng)偏置電阻R接入二個AMOS電容的另一端，等效諧振電容器中AMOS兩端的固定偏置電壓為Vbi和Vb2，固定偏置電壓的大小保證AMOS電容的電容量不隨兩端電壓變化，AMOS電容工作在電容對電壓不敏感區(qū)域，AMOS電容值等效為一個固定電容值，等效諧振電容器的電容量減??；由偏置電路引入的噪聲較小，諧振電路具有較高的Q值；在諧振低頻率段，外部控制信號ka為邏輯電平1控制開關(guān)Ka導(dǎo)通，外部控制信號1Λ為邏輯電平0控制開關(guān)Kb斷開，外部的控制電壓Vetel由VC端經(jīng)控制開關(guān)Ka和偏置電阻R接入等效諧振電容器中二個AMOS電容的串聯(lián)接點，二個AMOS電容另一端分別經(jīng)偏置電阻R連接加Vb2的VB2端，AMOS電容的串聯(lián)端加控制電壓，一端加固定偏置電壓，使AMOS 電容工作在可變電容區(qū)間，其電容量隨控制電壓V。tel的改變而變化，提高VCO的增益，等效諧振電容器的電容量就變大，從而實現(xiàn)等效諧振電容器電容量的細(xì)調(diào)，獲得寬的頻率調(diào)諧范圍。所述的寬頻率調(diào)諧范圍LC-VC0，其在于所述LC-VCO電路模塊為差分電路結(jié)構(gòu)，電路模塊的兩路差分輸出端VP和VN是電學(xué)上的電感兩端或電容兩端，兩路差分輸出端的輸出信號幅度相等，相位相反。所述的寬頻率調(diào)諧范圍LC-VC0，其在于所述LC-VCO電路模塊的負(fù)阻放大器-G電路為由交叉耦合的MOS管或BJT管構(gòu)成的差分負(fù)阻放大器，用于控制壓控振蕩器VCO的輸
出信號幅度穩(wěn)定。所述的寬頻率調(diào)諧范圍LC-VCO塊，其在于所述LC-VCO電路模塊包含的電感器為采用高品質(zhì)因子的片上螺旋電感的固定電感器，其電感量為L。所述的寬頻率調(diào)諧范圍LC-VC0，其在于所述VCO電路模塊包含的可變電容器13為一對串聯(lián)連接的基于CMOS工藝的RF可變電容器Cv，二個可變電容器串聯(lián)連接端連接控制電壓Vrtri，其電容量隨控制電壓V。tel改變而變化，電容量隨控制電壓的變化呈現(xiàn)單調(diào)變化。所述的寬頻率調(diào)諧范圍LC-VC0，其在于所述來自外部的控制電壓Vrtri為VCO的頻率調(diào)諧電壓，接入VCO電路模塊的VC端，控制電壓Vrtri用來設(shè)置VCO的頻率，VCO的頻率隨控制電壓變化而連續(xù)變化，使VCO工作在所需要的頻率點。所述的寬頻率調(diào)諧范圍LC-VC0，其在于所述寬頻率調(diào)諧為差分調(diào)諧結(jié)構(gòu)，采用一對AMOS可變電容，通過改變一對AMOS可變電容的偏置電壓，實現(xiàn)基于等效諧振電容器構(gòu)成的LC-VCO電路模塊的調(diào)諧曲線，用于減少VCO的調(diào)諧增益，實現(xiàn)寬頻、低噪和低耗 LC-VCO ；
所述AMOS電容為一種累積型的電壓控制可變電容，該片上電壓控制可變電容是置于N阱中的NMOS管，該AMOS電容的兩個端口分別為柵極和襯底。所述的寬頻率調(diào)諧范圍LC-VC0，其在于所述η對控制開關(guān)Kl Kn的每個控制開關(guān)為NMOS管，具有小的導(dǎo)通電阻；控制信號ka與1Λ對應(yīng)控制的一對開關(guān)管為NMOS管，任意時刻，控制信號ka與1Λ控制的一對開關(guān)管中只有一個開關(guān)為導(dǎo)通狀態(tài)，另一開關(guān)為關(guān)斷狀態(tài)；所述的控制信號ka與1Λ或為kab，控制信號kab由反相器形成_kab，控制信號kab 和-kab對應(yīng)控制一對開關(guān)管。所述的寬頻率調(diào)諧范圍LC-VC0，其在于所述開關(guān)控制的固定電容組中的η對固定電容與η對開關(guān)采用電學(xué)上的串聯(lián)，η的取值范圍為2 5 ;η優(yōu)選值取決于頻率調(diào)諧范圍、 控制電壓的增益、芯片面積、AMOS電容的損耗。η取值偏大，總的等效電容粗調(diào)檔增多，頻率調(diào)諧范圍會增大，但片上電路復(fù)雜一些，開關(guān)引入的寄生電容增加，由于開關(guān)管引入的損耗，功耗也會加大。如η取值小，對寬頻率調(diào)諧范圍會有影響，若能滿足頻率調(diào)諧范圍要求， 則電路更簡單，引入噪聲小，因AMOS電容的損耗，功耗也小。本發(fā)明容易優(yōu)選減少電容開關(guān)的數(shù)量，因此導(dǎo)通電阻損耗小，通過改變二個累積型可變電容AMOS的偏置電壓實現(xiàn)對電容調(diào)諧曲線補償，使頻率調(diào)諧曲線在整個控制電壓范圍內(nèi)接近線性，實現(xiàn)寬的頻率調(diào)諧范圍，VCO所需的控制增益較小，有利于實現(xiàn)低的相位噪聲，在同樣調(diào)諧范圍時，本發(fā)明VCO所需的功耗、相位噪聲和芯片面積均較小。本發(fā)明 LC-VCO采用全CMOS集成，VCO的所有元件可以采用標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝，工藝技術(shù)成熟，易于工藝實現(xiàn)。本發(fā)明的實質(zhì)性效果(I)VCO工作在高頻率頻段時，諧振回路總電容值較小，等效諧振電容器中AMOS工作在固定電容區(qū)，其等效為固定電容器，AMOS電容在工作區(qū)的Q值較大，AMOS與固定電容具有相近的性能，因此，本發(fā)明的VCO具有良好的低相位噪聲。O) VCO工作在低頻率頻段時，諧振回路總電容值較大，AMOS電容工作在可變電容區(qū)，增加諧振回路可變電容的比值，提高低頻段VCO的控制電壓增益Κνω，因此，在同樣寬頻率調(diào)諧范圍要求下，本發(fā)明VCO可以減少開關(guān)控制的固定電容組數(shù)，既可減少開關(guān)導(dǎo)通電阻的損耗，提高諧振回路的Q值，又可減少開關(guān)引入的寄生電容。在同樣可變電容的條件下，增大了諧振回路電容變化比，本發(fā)明VCO可擴展了諧振回路的頻率調(diào)諧范圍。(3)容易優(yōu)選減少電容開關(guān)的數(shù)量，因此導(dǎo)通電阻損耗小，通過改變二個累積型可變電容AMOS的偏置電壓實現(xiàn)對電容調(diào)諧曲線補償，使頻率調(diào)諧曲線在整個控制電壓范圍內(nèi)接近線性，實現(xiàn)寬的頻率調(diào)諧范圍，VCO所需的控制增益較小，有利于實現(xiàn)低的相位噪聲， 在同樣調(diào)諧范圍時，本發(fā)明VCO所需的功耗、相位噪聲和芯片面積均較小。(4)該VCO采用全CMOS集成，VCO的所有元件可以采用標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝，工藝技術(shù)成熟，易于工藝實現(xiàn)。(5)本發(fā)明的寬頻率調(diào)諧范圍LC-VC0，可以應(yīng)用于各種射頻寬帶高性能接收發(fā)射器芯片中。


圖1是等效諧振電容器結(jié)構(gòu)原理圖。
圖加是本發(fā)明實施例1寬頻率調(diào)諧范圍VCO的等效諧振電容器的模塊結(jié)構(gòu)圖。圖2b是圖加本發(fā)明實施例1寬頻率調(diào)諧范圍VCO的等效諧振電容器的模塊結(jié)構(gòu)原理圖。圖2c是圖2b等效諧振電容器的模塊結(jié)構(gòu)中AMOS型可變電容的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2d是圖2cAM0S型可變電容的元件符號圖。圖3a是本發(fā)明實施例2基于等效諧振電容器的寬頻率范圍VCO具體η = 2的構(gòu)成原理圖。圖北是圖3a本發(fā)明實施例2基于等效諧振電容器的寬頻率范圍VCO具體η = 2 和一對AMOS可變電容的等效諧振電容器的電原理圖。圖如是本發(fā)明實施例3基于等效諧振電容器的寬頻率范圍VCO具體η = 3的構(gòu)成原理圖。圖4b是圖如本發(fā)明實施例3基于等效諧振電容器的寬頻率范圍VCO具體η = 3 和一對AMOS可變電容的等效諧振電容器的電原理圖。
具體實施例方式下面通過本發(fā)明的實施例并結(jié)合附圖對本發(fā)明技術(shù)方案作詳細(xì)的說明。基于等效諧振電容器的寬頻率調(diào)諧范圍電感-電容壓控振蕩器LC-VCO如圖1所示，LC-VCO由有源負(fù)阻電路11，電感器12，可變電容器(Varactor) 13以及等效諧振電容器 (E-Varactor) 14組成。圖1中-Gm為有源負(fù)阻電路11，有源負(fù)阻采用交叉耦合的MOS管組成。有源負(fù)阻實現(xiàn)對諧振回路的電阻損耗補償，當(dāng)有源負(fù)阻與諧振回路的電阻損耗相等時， VCO滿足起振條件，VCO輸出等幅的正弦波信號。片上集成螺旋電感器12的電感為L，由芯片中頂層厚金屬組成，可以提高電感的Q，減少電阻損耗。Varactor可變電容器13為VCO的主要調(diào)諧元件，它由電容量隨控制電壓變化的元件實現(xiàn)，可以是變?nèi)荻O管或者是AMOS電容，當(dāng)可變電容器的電容量隨控制電壓變化時，VCO的諧振頻率隨控制電壓變化而改變。實施例1本發(fā)明VCO的等效諧振電容器14如圖加所示，圖2b為圖加本發(fā)明VCO的等效諧振電容器14的電路原理圖。該等效諧振電容器電路包括開關(guān)式控制可變電容21和開關(guān)式控制固定電容22，電路采用差分對稱結(jié)構(gòu)，C1, C2, ... , Cn為固定電容，kl，k2，…，kn為固定電容的控制開關(guān)。與傳統(tǒng)開關(guān)式電容結(jié)構(gòu)一樣，Cl-Cn與kl-kn組成開關(guān)式控制固定電容。與傳統(tǒng)開關(guān)式電容所不同的，本發(fā)明的開關(guān)式可變電容中引入累積型的AMOS可變電容，控制開關(guān)ka與1Λ為邏輯互補MOS開關(guān)，當(dāng)開關(guān)ka斷開時，開關(guān)1Λ導(dǎo)通，AMOS電容兩端的電壓為Vb2-Vbi ；當(dāng)開關(guān)ka導(dǎo)通，開關(guān)1Λ斷開時，AMOS電容兩端的電壓為VB2_V。tel，因此， 通過控制開關(guān)ka與1Λ的導(dǎo)通與斷開可以使AMOS電容工作在不同的狀態(tài)。此外，C為固定電容，與AMOS電容串聯(lián)，電阻R為偏置電阻，為AMOS電容提供偏置電壓。等效諧振電容器的符號如圖加所示，其等效為一個受開關(guān)kl，k2，…，kn，ka，lA與控制電壓V—可控的可變電容器E-Varactor，VP與VN為等效可變電容的差分輸出端?？勺冸娙萜鞯碾娙葑兓秶邢蓿捎瞄_關(guān)式可變電容器和開關(guān)式固定電容器的組合結(jié)構(gòu)的等效諧振電容器進一步擴大諧振回路電容的變化范圍?？刂崎_關(guān)kl，k2，. . . kn 與固定電容Cl，C2, . . . , Cn實現(xiàn)對等效諧振電容器電容的粗調(diào)，而控制開關(guān)ka，kb與偏置電壓Vbi，Vb2和控制電壓Vrtri實現(xiàn)對等效諧振電容器電容的細(xì)調(diào)。等效諧振電容器中AMOS 電容器有兩種不同的工作模式開關(guān)ka與1Λ控制AMOS電容的工作模式，并且ka與1Λ的控制信號邏輯互補，即任意時刻，ka與1Λ有且只有一個開關(guān)為導(dǎo)通狀態(tài)。當(dāng)開關(guān)ka斷開，kb導(dǎo)通時，Vb2-Vbi使 AMOS電容工作于電容不隨電壓變化的區(qū)間，AMOS電容相當(dāng)于固定電容器，當(dāng)C遠(yuǎn)大于AMOS 電容Cvar時，E-Varactor的等效電容為
η2Ceq =Y^{SkCk)+ Cfix(1)
k=\式中&為第k個開關(guān)的狀態(tài)，當(dāng)開關(guān)導(dǎo)通時為1，反之為O ；Ck為第k個開關(guān)所控制的固定電容值，Cfix為最小總等效電容值，為AMOS電容的最小值之和，AMOS電容值Cvm為固定數(shù)值。此時，由于所有電容都是不隨電容兩端電壓變化的固定值，因此Crai也為固定電容值。當(dāng)開關(guān)ka導(dǎo)通，1Λ斷開時，AMOS電容工作在變?nèi)輩^(qū)，由于此時，AMOS電容的一端與VCO的控制電壓V。tel端相連，AMOS電容作為諧振回路中的一個可變電容，當(dāng)C遠(yuǎn)大于 Cvar時，E-Varactor總的等效電容為
2Ce, (Vctrl) = Σ (民 Q ) + cV3r (^1 - Vctrl) ⑵ k=l式中Cv (VB1-V。tel)為AMOS電容隨控制電壓Vrtri變化的電容值，從上式可以看出， E-Varactor總的等效電容隨VCO的控制電壓變化而變化。AMOS電容工作模式的選擇主要由開關(guān)kl，k2, . . . , kn的工作狀態(tài)決定，當(dāng)所有開關(guān)都導(dǎo)通時，E-Varactor總的等效電容最大，當(dāng)所有開關(guān)都斷開時，且不考慮開關(guān)的寄生電容時，E-Varactor總的等效電容最小。設(shè)m是固定電容的組數(shù)，設(shè)η為總開關(guān)數(shù)。當(dāng)選擇 η彡m時，AMOS電容工作在固定電容區(qū)；當(dāng)η > π!時，AMOS電容工作在變?nèi)輩^(qū)，當(dāng)隔直流電容C電容值C遠(yuǎn)大于AMOS電容值Cvar時，E-Varactor總的等效電容表示為下式
權(quán)利要求
1.一種寬頻率調(diào)諧范圍LC-VC0，其特征在于，它為基于等效諧振電容器構(gòu)成的LC-VCO 電路模塊，包括負(fù)阻放大器(11)，電感器(12)，可變電容器(1；3)，以及等效諧振電容器 (14)；負(fù)阻放大器(11)，電感器(12)，可變電容器(13)以及等效諧振電容器(14)均為并聯(lián)連接，LC-VCO電路模塊輸出端為VP和VN ；其中所述可變電容器(13)為電容量隨控制電壓V。tel變化的電容Cv ；所述等效諧振電容器 (14)為電容量由開關(guān)組與偏置電壓控制的E-Varactor等效可變電容CE;可變電容器(13) 與等效諧振電容器(14)構(gòu)成總的等效電容Cz ；所述開關(guān)組包括kl kn以及ka和1Λ ；所述偏置電壓包括兩個固定電壓VBl、VB2和一個控制電壓Vctrl ；所述電感器L(12)，總的等效電容Cz和負(fù)阻放大器-G(Il)構(gòu)成的并聯(lián)效諧回路，用于決定LC-VCO電路模塊的輸出頻率和品質(zhì)因數(shù)，總的等效電容是通過控制電壓、開關(guān)與偏置電壓改變，用于改變VCO電路的輸出頻率和實現(xiàn)寬頻率調(diào)諧。
2.根據(jù)權(quán)利1所述的寬頻率調(diào)諧范圍LC-VC0，其特征在于，所述等效諧振電容器 E-Varactor的組成包括一個偏置電壓由開關(guān)控制的AMOS可變電容器對Cvaj21)和一個開關(guān)控制的固定電容器組其中所述開關(guān)控制的固定電容器組02)包括η對固定電容器Cl Cn和η對控制開關(guān)Kl Kn,以及η個外部的控制信號kl kn ；η對控制開關(guān)與η個外部的控制信號為一一對應(yīng)的控制連接，每對固定電容器為串聯(lián)連接，每對固定電容器的一端通過一個控制開關(guān)連接輸出端VP，另一端都通過一個控制開關(guān)連接輸出端VN ；通過外部的控制信號控制開關(guān)的通或斷，控制固定電容器對的接入或斷開，用于調(diào)整開關(guān)控制的固定電容器組Ce的電容量，實現(xiàn)等效諧振電容器電容量的粗調(diào)，又能減少引入的寄生電容；所述偏置電壓由開關(guān)控制的AMOS可變電容器對包括2個AMOS電容器Cv ，2個隔直流電容C，3個偏置電阻R以及控制信號Ka和Kb控制的控制開關(guān)ka和1Λ ;2個AMOS電容器Cva,串聯(lián)連接，串聯(lián)接點連接偏置電阻R，偏置電阻R的另一端連接控制開關(guān)ka和1Λ 的串聯(lián)接點，控制開關(guān)ka的另一端連接接入外部控制電壓V。tel的VC端，控制開關(guān)1Λ的另一端連接接入外部的固定偏置電壓Vbi的VBl端；二個AMOS電容器的另一端各串聯(lián)連接一個隔直流電容C，二個串聯(lián)接點各連接一偏置電阻R，二個偏置電阻的另一端并聯(lián)連接，并聯(lián)接點連接接入外部的固定偏置電壓Vb2的VB2端；用于AMOS電容的電容量隨VC端控制電壓V。tel變化而改變，實現(xiàn)等效諧振電容器電容量的細(xì)調(diào)，獲得寬的頻率調(diào)諧范圍。
3.根據(jù)權(quán)利2所述的寬頻率調(diào)諧范圍LC-VC0，其特征在于，所述LC-VCO電路模塊為差分電路結(jié)構(gòu)，電路模塊的兩路差分輸出端VP和VN是電學(xué)上的電感兩端或電容兩端，兩路差分輸出端的輸出信號幅度相等，相位相反。
4.根據(jù)權(quán)利1所述的寬頻率調(diào)諧范圍LC-VC0，其特征在于，所述LC-VCO電路模塊的負(fù)阻放大器-G電路為由交叉耦合的MOS管或BJT管構(gòu)成的差分負(fù)阻放大器，用于控制壓控振蕩器VCO的輸出信號幅度穩(wěn)定。
5.根據(jù)權(quán)利2所述的寬頻率調(diào)諧范圍LC-VCO塊，其特征在于，所述LC-VCO電路模塊包含的電感器為采用高品質(zhì)因子的片上螺旋電感的固定電感器，其電感量為L。
6.根據(jù)權(quán)利2所述的寬頻率調(diào)諧范圍LC-VC0，其特征在于，所述VCO電路模塊包含的可變電容器(13)為一對串聯(lián)連接的基于CMOS工藝的RF可變電容器Cv，二個可變電容器串聯(lián)連接端連接控制電壓Vrtri，其電容量隨控制電壓V。tel改變而變化，電容量隨控制電壓的變化呈現(xiàn)單調(diào)變化。
7.根據(jù)權(quán)利6所述的寬頻率調(diào)諧范圍LC-VC0，其特征在于，所述來自外部的控制電壓 Vctrl為VCO的頻率調(diào)諧電壓，接入VCO電路模塊的VC端，控制電壓Vrtri用來設(shè)置VCO的頻率，VCO的頻率隨控制電壓變化而連續(xù)變化，使VCO工作在所需要的頻率點。
8.根據(jù)權(quán)利4所述的寬頻率調(diào)諧范圍LC-VC0，其特征在于，所述寬頻率調(diào)諧為差分調(diào)諧結(jié)構(gòu)，采用一對AMOS可變電容，通過改變一對AMOS可變電容的偏置電壓，實現(xiàn)基于等效諧振電容器構(gòu)成的LC-VCO電路模塊的調(diào)諧曲線，用于減少VCO的調(diào)諧增益，實現(xiàn)寬頻、低噪和低耗LC-VCO ；所述AMOS電容為一種累積型的電壓控制可變電容，該片上電壓控制可變電容是置于N 阱中的NMOS管，該AMOS電容的兩個端口分別為柵極和襯底。
9.根據(jù)權(quán)利1-8所述的寬頻率調(diào)諧范圍LC-VC0，其特征在于，所述η對控制開關(guān)Kl Kn的每個控制開關(guān)為NMOS管，具有小的導(dǎo)通電阻；控制信號ka與1Λ對應(yīng)控制的一對開關(guān)管為NMOS管，任意時刻，控制信號ka與1Λ控制的一對開關(guān)管中只有一個開關(guān)為導(dǎo)通狀態(tài)， 另一開關(guān)為關(guān)斷狀態(tài)；所述的控制信號ka與1Λ或為kab，控制信號kab由反相器形成_kab， 控制信號kab和-kab對應(yīng)控制一對開關(guān)管。
10.根據(jù)權(quán)利1-9所述的寬頻率調(diào)諧范圍LC-VC0，其特征在于，所述開關(guān)控制的固定電容組中的η對固定電容與η對開關(guān)采用電學(xué)上的串聯(lián)，η的取值范圍為2 5 ;η優(yōu)選值取決于頻率調(diào)諧范圍、控制電壓的增益、芯片面積、AMOS電容的損耗。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種基于等效諧振電容器的寬頻率調(diào)諧范圍電感-電容壓控振蕩器LC-VCO，該差分電路結(jié)構(gòu)模塊的等效諧振電容器由一個偏置電壓由開關(guān)控制的累積型可變電容(AMOS)和多個開關(guān)控制的固定電容器組成。在高頻段，由開關(guān)控制的偏置電壓使AMOS可變電容工作在電容對電壓不敏感區(qū)域，AMOS電容等效為固定電容器，減少了偏置電路引入的噪聲，并且具有較高的Q值。在低頻段，由開關(guān)控制的偏置電壓使AMOS可變電容工作在可變電容區(qū)間，增加可變電容在等效諧振電容器回路中的比重，提高低頻段VCO的增益，從而實現(xiàn)低噪、寬頻率調(diào)諧范圍LC-VCO。與已有技術(shù)寬帶VCO相比，本發(fā)明電路模塊以適量的開關(guān)電容實現(xiàn)寬頻率調(diào)諧范圍，并且具有功耗低與芯片面積小的特點。
文檔編號H03B7/02GK102545783SQ201010617190
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月28日
發(fā)明者葉甜春, 尹喜珍, 殷明, 肖時茂, 馬成炎 申請人:杭州中科微電子有限公司