[发明专利]一种基于源极退化电容的宽锁定范围电流模锁存分频器

说明书

技术领域

本发明属于射频无线接收机集成电路技术领域，具体涉及应用于无线接收机频率综合器中的宽带电流模锁存分频器。尤其是一种基于源极退化电容的宽锁定范围电流模锁存分频器，其可用于无线广播、通信和全球定位等技术标准的射频信号接收机芯片。

背景技术

随着技术的不断发展，人们对无线广播、通信和全球定位等方面的要求越来越高。因此，能够支持多种模式标准的无线接收机以及未来的软件定义无线电和认知无线电将是未来无线电发展的一个重要趋势，并且更高的传输速率和更大的信号带宽也是未来无线电发展的一个重要方向

通常宽带频率综合器设计中，分频器的工作频率与其自激振荡频率密切相关，分频器的自激振荡频率越高，则其能工作的频率也越高，而传统的电阻负载电流模锁存分频器由于自身结构中RC常数的限制，自激振荡频率很难做得很高，因此工作频率上限较低，且在高速工作时需要消耗大量的功耗。因而尤其是需要实现高频载波输出的情况下，一般需要采用基于电感的注入锁定分频器，这一类分频器可以工作在载波频率的二分之一附近，但是锁定范围十分有限，很难设计出适用于高频宽带的频率综合器的分频器电路，而且在实现正交信号上存在困难。并且由于高频除法器需要使用电感，这种架构的频率综合器在高频段需要耗费较大的面积。

另一方面，为了得到通讯协议所要求的载波信号，多模宽带频率综合器通常会使用单边带混频器来进行上变频操作，使用除法器进行分频，或者使用倍频器进行倍频操作。并用正交压控振荡器或者多相滤波器来提供正交信号。

综上所述，为了实现多种通讯模式中所需要的载波输出，未来的多模宽带频率综合器需要一个宽工作范围、能对压控振荡器进行分频并且能给单边带混频器提供正交信号的高性能电流模锁存分频器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种宽频率范围的高性能电流模锁存分频器，尤其涉及一种基于源极退化电容的宽锁定范围电流模锁存分频器。

本发明提供一种应用于无线接收机集成电路中的高频高速电流模锁存分频器（Current-mode Latched Frequency Divider,CML-FD）的设计，其中，通过在分频器的交差耦合管源极引入电容阵列提高分频器的工作频率；通过改变负载MOS管的栅极电压大小，实现分频器的负载变化，实现较高速以及较宽的工作频率范围。

本发明还提供了一种具有宽调谐范围的，能产生正交信号的电流模锁存分频器的实现方式，上述实现方式包括两个电流模锁存器，同时这两个锁存器存在相互耦合的关系；当需要宽调谐范围时，不同的控制电压可以使得分频器覆盖一个非常宽的工作范围；另一方面，分频器通过晶体管耦合的方式来产生正交信号；这两个相互耦合的电流模锁存器具有如下相同的结构：

（1）一对栅极偏压可变的PMOS负载管；

（2）一个用来对自谐振频率进行调谐的可变电容阵列；

（3）一个由2个NMOS管交叉耦合连接而成的负阻产生器；

（4）一对电平驱动管，用于与另一锁存器的输出耦合，产生正交信号；

（5）用来给有源器件提供偏置电流，且电流值可变的偏置电流源阵列；

同时，可以根据不同的需要来控制电流源阵列，当工作在较低频率的时候，关掉部分电流源，以节省功耗。

更具体的，本发明的基于源极退化电容的宽锁定范围电流模锁存分频器，其特征在于，其由两个相同结构的锁存器构成，每一个锁存器均包括：

（1）两个由PMOS管构成的可变负载；

（2）一个用来对分频器自谐振频率进行调谐的可变电容阵列；

（3）一个由2个NMOS管交叉耦合连接而成的负阻产生器；

（4）两个用来改变锁存器动态电平的驱动管；

（5）三个由外部差分时钟信号来驱动的开关管；

（6）用来给有源器件提供偏置电流，且电流值可变的偏置电流源阵列；

本发明中，电流模锁存分频器能根据外部的控制信号调整PMOS的栅极偏压而工作在不同的频率范围。

本发明中，电流模锁存分频器通过控制可变电容阵列对分频器的自谐振范围进行仔细的控制，能让分频器的输入敏感曲线在不同的控制电压下保证一定的交叠，从而实现较大范围的分频。

本发明中，电流模锁存分频器具有线性化功能的可变电容阵列由偏置在三个偏置点的累积型MOS电容组成，偏置均由大阻值电阻进行隔离。

本发明中，电流模锁存分频器通过驱动管的耦合来实现正交信号的输出。