[发明专利]具有优化宽带频率覆盖均匀性的压控振荡器

说明书

技术领域

本发明涉及压控振荡器，尤其涉及一种具有优化宽带频率覆盖均匀性的LC型压控振荡器。

技术背景

随着现代通信系统的发展，提出了各种新型的通信标准，单芯片需要集成更多的通信协议，不同的通信协议占用的频带也不同，这意味着为射频芯片提供本振的频率合成模块的锁相环需要更宽的频率覆盖范围，随着频率覆盖范围的进一步加宽，对于频率覆盖均匀性的要求越来越高。

经典的模拟锁相环模块包括：鉴频鉴相器（PFD）、环路滤波器（LPF）、分频器（DIV）、压控振荡器（VCO）。在锁相环系统中为了得到宽的频率覆盖范围，往往要通过在振荡器中加入更多的开关来改变谐振腔电容的容值来实现，形成多个窄频带，各个窄频带两两相互叠加，构成整个宽频带的覆盖。如果某一窄频带相对前一窄频带不是均匀的增加，会导致此窄频带与前一频带不会有叠加，出现漏频现象，如图4所示为传统结构的LC型VCO频率覆盖曲线，可以很明显的看出中间第8段曲线和第9段曲线的间隔过大导致漏频现象的出现。这是由于在COMS工艺中开关的寄生电容恶化了振荡器频率覆盖的均匀性，虽然此漏频现象可以通过提高VCO增益来解决，但提高VCO增益会恶化锁相环的相位噪声性能。并且随着谐振腔两端加入的开关越来越多，版图布局中，谐振两端的差分走线长度也不断加长，差分走线的寄生电容大大增加，对于高频宽带振荡器设计的难度进一步增加。

传统宽频率覆盖范围LC型VCO电路结构如图1所示，NMOS管M11、M12的栅极和漏极交叉互联构成负阻对管，并与差分电感L并联，电容C11、变容二极管D11、变容二极管D12、电容C12依次串联再与差分电感L并联，C11、D11的公共端通过电阻R11与地相接，C12、D12的公共端通过电阻R12与地相接，变容二极管D11与变容二极管D12的公共端为LC振荡器的频率调谐端。5组电容开关依次挂在tank线的两端，各组的电容容值成倍数增加，开关的尺寸也成倍数增加，通过二进制码cs<1>～cs<5>来控制接入谐振器的电容个数来改变振荡器的频率。在理想模型情况下，二进制加权结构的开关电容要求电容成倍数的增加，才能保证组合出来的电容值成线性的变化，实际模型中，开关是存在寄生电容的，开关的寄生电容和开关两端串接的电容共同组成了开关电容的总电容，因此必须保证每组开关的寄生电容和开关两端串接电容的总电容成倍数增加，才能由二进制加权算法组合出成线性增长的容值，这样宽带频率的覆盖才能更加均匀。传统情况下，为了改善宽带频率覆盖均匀性，一般会通过调整开关管的尺寸来改变开关管的寄生电容或直接改变开关两端的串接电容大小来使得5组开关电容容值按2ⁿ来成倍增加。

虽然开关管的尺寸也是按照2ⁿ来成倍增加，但是由于版图布局和开关管寄生电容的原因，很难做到开关管和串接电容的总等效电容容值也按照2ⁿ来成倍增加，传统的做法很难保证宽带VCO频率覆盖的均匀性。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供具有优化宽带频率覆盖均匀性的压控振荡器，通过采用相同电容开关单元和特定电容开关单元布局方式，实现了开关电容总容值的线性递增，同时减小了后端布局产生的寄生电容。

本发明的技术方案是，具有优化宽带频率覆盖均匀性的压控振荡器，包括负阻放大器、差分电感、频率调节器，差分电感与频率调节器并联连接；其特点是：第一负阻放大器的第一输出端与第二负阻放大器的第一输出端同时连接差分电感的一端，第一负阻放大器的第二输出端与第二负阻放大器的第二输出端同时连接差分电感的另一端；同时，该压控振荡器还设置有多组电容开关模块；其中，第一组电容开关模块由一个电容开关单元构成，第二组电容开关模块由二个电容开关单元并联构成，第三组电容开关模块由四个电容开关单元并联构成，依次类推，第n组电容开关模块由2^n-1个电容开关单元并联构成，n≥2的自然数；并且，构成第一组电容开关模块的电容开关单元的两接入端分别连接在第一负阻放大器的第二输出端和第二负阻放大器的第一输出端；在第二组至第n组电容开关模块中，任一组电容开关模块的电容开关单元，有m只电容开关单元的两接入端分别连接在第二负阻放大器的两端，p只电容开关单元的两接入端分别连接在第二负阻放大器的两端，q只电容开关单元的两接入端分别连接在第一负阻放大器的第二输出端和第二负阻放大器的第一输出端，其中，m+p+q=2^n-1，m=p，m、p、q均为≥0的自然数。