[发明专利]一种偏置电流产生电路以及尾电流源电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种LC-VCO核心电路尾电流控制技术，具体涉及一种产生偏置电流的电路和一种尾电流源电路。

背景技术

LC-VCO(电感电容型压控振荡器)核心电路是射频收发机芯片的核心模块之一，它通常置于PLL(Phase Locked Loop锁相回路)中，与PLL一起为芯片提供高精度的本振LO(LocalOscillator)信号，为芯片提供合适的参考时钟；它还能直接实现频率调制功能。相位噪声(Phase Noise)是LC-VCO核心电路最重要的性能指标之一，它的好坏决定了LO信号的频谱纯度，决定了由其产生的参考时钟的抖动(jitter)的大小；而频谱纯度和抖动大小，会影响甚至限制系统的性能。因此低相位噪声，总是LC-VCO核心电路设计和优化所追求的目标之

从鲁棒性(包括对VCO最基本的要求，必须在各种工艺和温度下都能正常起振)，功耗控制和抑制电源电压噪声影响这几个角度来考虑，带有尾电流源的LC-VCO核心电路是最佳的选择，也是工业界最常用的结构；特别是带有PMOS尾电流源的LC-VCO核心电路，更为常用。

尾电流源虽然为LC-VCO核心电路提供了很多优点，但是也存在一个很大的缺点：尾电流源的噪声(主要是从偏置电流产生电路传递过来的)会通过各种频率调制机制转化为VCO的相位噪声，从而严重恶化VCO的相位噪声。因此，尽可能的降低尾电流中的噪声，对于提高LC-VCO的相位噪声性能很关键。

一个比较大的尾电流(比如说几个毫安)往往是从一个比较小的偏置电流(比如说几十微安)通过电流镜成比例放大产生的。在电流成比例放大的过程中，电流噪声也随之成比例放大，因此偏置电流产生电路的噪声在被高倍数放大后进入尾电流源，成为噪声的主要来源。因此，降低VCO尾电流的噪声有两个办法：一是降低偏置电流噪声到尾电流的传输增益；二是从源头降低偏置电流产生电路的噪声。

第一种方法，通过用阻值很大的R和容值很大的C实现截止频率非常低的低通滤波器，插于电流放大路径中，可以降低偏置电流到尾电流之间的噪声传输增益，从而降低偏置电流噪声对尾电流的影响。该结构如图1所示。但是这种做法会带来几个方面的问题：1)容值很大的C会占用巨大的芯片面积，对于低成本(因此必须芯片面积很小)射频收发机芯片往往是无法承受的；2)阻值很大的R，其本身也会产生相当大的噪声；特别是它的低频噪声不能被滤波器有效滤除，会传输到VCO的尾电流中，从而恶化VCO近频相噪声(Close-in PhaseNoise)。理论和实践已经证明，要不恶化VCO的近频相位噪声，就必须进一步降低RC滤波的截止频率(甚至低到几kHz)，就要进一步增加R和增加C，这会使得R和C都大得无法接受；3)大R和大C会产生一个时间常数很大的节点，该节点充放电速度很慢，因此会影响VCO的启动速度和PLL的锁定过程。工业界为了解决这个问题，往往会增加一个快速启动电路来对该节点快速的预充电，该电路需要消耗额外的芯片面积，也增加了设计的复杂性。可见，由于这些缺点的存在，用大RC对偏置滤波并不是理想的解决方法。这种方法已经在工业界被普遍使用。

第二种方法，涉及到低噪声偏置电流产生电路的研究与设计，目前尚未看到有相关文献。

发明内容

本发明要解决的主要技术问题是，提供一种低噪声偏置电流产生电路以及一种尾电流源电路，确保LC-VCO核心电路的低相位噪声。

为解决上述技术问题，本发明提供一种偏置电流产生电路，包括：基本偏置电流产生单元、偏置电流输出单元；所述基本偏置电流产生单元，连接在固定电压端和地端之间，用于产生基本偏置电流；所述偏置电流输出单元，与所述基本偏置电流产生单元的输出端相连，用于将基本偏置电流产生单元产生的基本偏置电流按照1∶N的比例拷贝，N为正整数，并将其输出为偏置电流。

进一步的，所述基本偏置电流产生单元为并联双支路电路结构，具体包括：基本偏置电流拷贝子电路和基本偏置电流开关子电路；所述基本偏置电流拷贝子电路，用于通过电流拷贝控制所述并联双支路产生两路相等的基本偏置电流；所述基本偏置电流开关子电路，与所述基本偏置电流拷贝子电路相连，用于控制所述并联双支路都处于导通状态