[发明专利]一种低相噪低功耗宽带压控振荡器电路

说明书

技术领域

本发明属于微电子技术领域，一种低相噪低功耗宽带压控振荡器电路。

背景技术

近年来无线通信飞速发展，工作频段涉及百兆到万兆，这样就需要设计低功耗宽频带的收发机以满足多种无线通信协议的要求。作为收发机中最基本的构成模块，压控振荡器为发射和接收提供本振频率，是系统中工作频率最高的模块。压控振荡器在保证功耗和相位噪声的前提下，应有较宽的频率覆盖范围，以满足不同应用的需要。

振荡器常用的结构有电感电容振荡器和环形振荡器。环形振荡器可以采用纯数字CMOS工艺实现，不需要电感元件，能够实现较宽的调谐范围。但其噪声性能较差，限制了它在射频通信系统中的应用。基于负阻原理的LC振荡器由于具有带通滤波器特性，适合有低噪声要求的射频系统。利用可变电容与电感构成谐振回路即可获得压控振荡器。由于可变电容的电容值变化范围有限，调谐范围较窄，通常采用可变电容与开关电容阵列结合的结构。但是在谐振回路上并联过多的开关电容会显著降低回路的品质因子，导致振荡输出相位噪声恶化，功耗增加，起振时间延长。因此在宽频带要求下如何降低相位噪声和功耗成为振荡器电路设计的关键问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种低相位噪声、低功耗的，与CMOS集成电路工艺完全兼容的宽带振荡器电路。

本发明包括一个负阻振荡结构和两个缓冲结构，负阻振荡结构包括负阻结构和谐振网络；

第二PMOS管MP2、第三PMOS管MP3、第二NMOS管MN2和第三NMOS管MN3构成负阻结构，其中第二PMOS管MP2的栅极、第三PMOS管MP3的漏极与第二NMOS管MN2的栅极、第三NMOS管MN3的漏极连接，作为同相输出端CKP，第三PMOS管MP3的栅极、第二PMOS管MP2的漏极与第三NMOS管MN3的栅极、第二NMOS管MN2的漏极连接，作为反相输出端CKN；

谐振电感L3、开关电容阵列SCA、第一可变电容Cvar1、第二可变电容Cvar2、第一固定电容C3、第二固定电容C4构成谐振网络，其中第一可变电容Cvar1的正极、第一固定电容C3的一端、谐振电感L3的一端、开关电容阵列SCA的一端接反相输出端CKN，第二可变电容Cvar2的正极、第二固定电容C4的一端、谐振电感L3的另一端、开关电容阵列SCA的另一端接同相输出端CKP，第一固定电容C3的另一端与第二固定电容C4的另一端连接，第一可变电容Cvar1的负极与第二可变电容Cvar2的负极连接，作为振荡器电路的控制电压输入端Vctrl；

第一滤波电容C1和第一滤波电感L1并联作为电源噪声滤波器，并联后的一端接电源VDD，并联后的另一端与第二PMOS管MP2的源极、第三PMOS管MP3的源极连接；第二滤波电容C2和第二滤波电感L2并联作为衬底噪声滤波器，并联后的一端接地，并联后的另一端与第二NMOS管MN2的源极、第三NMOS管MN3的源极连接；

第一PMOS管MP1和第一NMOS管MN1构成一个缓冲结构，第一PMOS管MP1的栅极和第一NMOS管MN1的栅极接反相输出端CKN，第一PMOS管MP1的漏极与第一NMOS管MN1的漏极连接，作为振荡器电路的反相时钟输出端CLKN；第四PMOS管MP4和第四NMOS管MN4构成另一个缓冲结构，第四PMOS管MP4的栅极和第四NMOS管MN4的栅极接同相输出端CKP，第四PMOS管MP4的漏极与第四NMOS管MN4的漏极连接，作为振荡器电路的同相时钟输出端CLKP；第一PMOS管MP1的源极和第四PMOS管MP4的源极接电源VDD，第一NMOS管MN1的源极和第四NMOS管MN4的源极接地；

所述的开关电容阵列SCA包括十五个开关电容单元，每个开关电容单元的结构相同，包括两个MOM电容、两个反相器和一个NMOS管，第一MOM电容Cs1的一端、第一反相器Inv1的输出端接NMOS管MNs的漏极，第二MOM电容Cs2的一端、第二反相器Inv2的输出端接NMOS管MNs的源极，NMOS管MNs的栅极与第一反相器Inv1的输入端和第二反相器Inv2的输入端连接，作为该开关电容单元的选通输入端；所有开关电容单元的第一MOM电容Cs1的另一端连接，作为开关电容阵列SCA的一端，所有开关电容单元的第二MOM电容Cs2的另一端连接，作为开关电容阵列SCA的另一端；