[发明专利]一种幅频调制效用低的变容管控制电路及其实现方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及频率综合器设计领域，尤其指一种实现门阵列电容的变容管控制电路结构。

背景技术

随着无线通讯技术的日益发展，射频芯片工作的频率不断提高，频率范围不断扩大。因频率综合器具有输出频率范围宽、锁定时间短及良好的抗干扰性等优点，在无线通讯领域得到了广泛的应用。作为频率综合器的一个关键模块，DCO主要为频率综合器提供高频振荡信号源。根据控制信号不同，DCO可以产生较宽频率范围的高频信号，而这一关键特性主要是基于数控门阵列电容来实现的。

传统门阵列电容的变容管控制电路请参阅图1。图1中变容管控制电路主要由四个MOS管和一个变容管构成，其中NMOS管M1的栅极接偏置电压Vbias，漏极接PMOS管M2的漏极，源极和衬底接电源地GND，PMOS管M2的栅极接PMOS管M4的漏极，漏极和栅极短接，源极接PMOS管M3的漏极，衬底接电源VDD，PMOS管M3的源极和衬底接电源VDD，栅极接PMOS管M2的源极，栅极和漏极短接，PMOS管M4的栅极接数字输入信号D，漏极接PMOS管M2的漏极，源极和衬底接电源VDD，变容管VAR_MOS栅极接输出节点OUT，源极和漏极接PMOS管M2的漏极。

传统的变容管控制电路存在很强的幅频调制效应(AM-TO-FM)。图2描述了传统的门阵列电容单元构成的DCO电路结构。当DCO正常工作时，OUT和OUTBAR输出周期性正弦信号，即变容管的栅极电压会进行周期性的变化；门阵列电容单元中的变容管的另一端(漏端和源端)电压由于受数字信号控制，输出为V1(0和VDD之间的某一个直流电压)或VDD两个直流电压，变化幅度很小(相对于栅端电压变化幅度)。因此，变容管的控制电压V_{G_DS}会随着DCO输出波形的变化而发生周期性的变化，导致变容管的等效容值也会发生周期性变化，即而发生幅度到频率的调制效应，引入相位噪声，降低了DCO的抖动性能。

针对传统变容管控制电路结构存在的设计缺陷，设计人员提出采用固定容值电容耦合方法实现变容管两端交流特性相抵消，保证变容管两端压差基本不变(图3所示)。为了降低变容管工作过程中幅频调制效应引入的相位噪声，本发明在传统的结构上增加了一个固定容值的电容C1。具体电路描述如下：NMOS管M1的栅极接偏置电压Vbias，漏极接PMOS管M2的漏极，源极和衬底接电源地GND，PMOS管M2的栅极接PMOS管M4的漏极，漏极和栅极短接，源极接PMOS管M3的漏极，衬底接电源VDD，PMOS管M3的源极和衬底接电源VDD，栅极接PMOS管M2的源极，栅极和漏极短接，PMOS管M4的栅极接数字输入信号D，漏极接 PMOS管M2的漏极，源极和衬底接电源VDD，固定容值电容C1下极板接PMOS管M2的漏极，上极板接输出节点OUT，变容管VAR_MOS栅极接输出节点OUT，源极和漏极接PMOS管M2的漏极。

对于改进后的变容管控制电路，MOS管M1、M2、M3和M4为变容管VAR_MOS和固定容值电容C1提供不同的直流电压，固定容值电压C1为变容管VAR_MOS的漏极和源极提供与节点OUT一致的交流信号，保证了工作过程中变容管VAR_MOS的控制电压V_{G_DS}不变，避免了幅频调制引入抖动恶化相位噪声的现象。

对于图3给出的本发明变容管控制电路，当数字控制信号D为VDD时，其等效电路可以表示为图5。假设OUT节点的小信号幅度变化为v_out，则变容管两端的电压差变化可以表示为：

其中R_eq＝(R_eq2+R_eq3)//r_o1＝2R_eq。

当数字控制信号为0时，其等效电路可以表示为图6。此时变容管两端的电压差变化可以表示为：

综上可得，当C₁为某一定值时，能够有效减小v_{G_DS}的变化，即而减弱变容管容值的变化。

发明内容

本发明要解决的问题在于：针对现有技术存在的问题，本发明提供一种幅频调制效应低的变容管控制电路结构，该控制电路实现的门阵列电容单元可以降低门阵列电容引入的相位噪声；本发明还要提供一种所述变容管控制电路的实现方法。