[实用新型]基于环形结构的正交推-推压控振荡器

说明书

技术领域

本实用新型属于微电子学技术领域，涉及一种基于环形结构的正交推-推压控振荡器。

背景技术

无线收发前端根据结构的不同，可以分为超外差接收机、低中频接收机及零中频接收机，其中零中频接收机由于可以实现单片集成，受到越来越多的关注。在这种结构中，射频信号与互为正交的两路本振信号混频，直接产生基带信号。正交两路本振信号的相位误差和幅度失配会直接影响接收机镜像抑制能力和解调性能。同时，由于产生本振信号的电路工作在电路的最高频率处，其频率输出能力和功耗等决定着整个接收机的接收频率和功耗。因此，零中频接收机中正交本振信号的产生是非常关键的。

在射频电路中，可以采用无源多相滤波器来产生正交本振信号，如图1所示。VCO产生差分输出信号，经高频放大器缓冲放大后驱动无源多相滤波器产生正交本振信号。无源多项滤波器产生正交信号的优点是压控振荡器的结构简单，但由于无源多相滤波器具有6dB的插入损耗，高频放大器必须提供足够的补偿增益，这导致压控振荡器输出端的负载电容增加和电路总体功耗的增加；另一方面，集成电路工艺的波动会使不同路径上的电阻值和电容值产生偏差，导致正交两路信号的幅度和相位分别失配。另一种产生正交本振信号的方法是采用正交压控振荡器，如图2所示。两个振荡器通过一定的耦合方式产生正交信号，该方法电路结构简单，环路结构使工艺偏差引起的失配弱化，因此在GHz频段范围应用较多。

随着无线通信的频率逐渐进入到毫米波、亚毫米波、尤其是太赫兹频段，上述正交信号产生电路遇到了新的问题。对正交压控振荡器来说，要产生这么高频率的震荡信号相当困难，尤其当所需频率接近振荡器有源器件的截止频率f_T时。对无源多项滤波器来说，除了上述问题外，在上述频段要实现具有6dB增益的放大器也相当困难。所有这些对太赫兹频段正交本振信号的产生和太赫兹无线通信的发展提出严重的挑战。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提出一种基于环形结构的正交推-推压控振荡器。利用四级反相放大器构成的环形振荡器中输出信号之间的相位关系、结合谐波选择元件抽取各输出信号中的二次谐波，构建正交输出的推-推压控振荡器，实现毫米波、亚毫米波、特别是太赫兹频段收发前端正交本振信号的产生。

本实用新型一种基于环形结构的正交推-推压控振荡器包括四级延迟单元，第一级延迟单元的第一输出端连接第二级延迟单元的同相输入端，第一级延迟单元的第二输出端连接第二级延迟单元的反相输入端；第二级延迟单元的第一输出端连接第三级延迟单元的同相输入端，第二级延迟单元的第二输出端连接第三级延迟单元的反相输入端；第三级延迟单元的第一输出端连接第四级延迟单元的同相输入端，第三级延迟单元的第二输出端连接第四级延迟单元的反相输入端；第四级延迟单元的第一输出端连接第一级延迟单元的反相输入端，第四级延迟单元的第二输出端连接第一级延迟单元的同相输入端；第一级延迟单元的外部电压控制端、第二级延迟单元的外部电压控制端、第三级延迟单元的外部电压控制端、第四级延迟单元的外部电压控制端连接，作为正交推-推压控振荡器的电压控制端；第一级延迟单元的第三输出端作为正交推-推压控振荡器的第一输出端；第二级延迟单元的第三输出端作为正交推-推压控振荡器的第二输出端；第三级延迟单元的第三输出端作为正交推-推压控振荡器的第三输出端；第四级延迟单元的第三输出端作为正交推-推压控振荡器的第四输出端。

每级延迟单元包括二个NMOS管、二个PMOS管、两个变容管、两个电感和一个谐波选择元件。第一NMOS管的栅极、第二NMOS管的漏极、第二PMOS管的漏极、第二变容管的一端和第二电感的一端连接，作为延迟单元的第二输出端；第二NMOS管的栅极、第一NMOS管的漏极、第一PMOS管的漏极、第一变容管的一端和第一电感的一端连接，作为延迟单元的第一输出端；第一PMOS管的栅极接延迟单元的同相输入端；第二PMOS管的栅极接延迟单元的反相输入端；第一电感的另一端与第二电感的另一端相连；第一变容管的另一端与第二变容管的另一端连接，作为外部电压控制端；第一PMOS管、第二PMOS管的源极接电源VDD；第一NMOS管、第二NMOS管的源极与频率选择元件的一端相连，作为延迟单元的第三输出端；谐波选择元件的另一端接地。 

在本实用新型中，第一电感、第二电感、第一变容管、第二变容管、第一NMOS和第二NMOS构成一个电容电感型压控振荡器；第一PMOS管、第二PMOS管作为延迟单元的输入，实现各延迟单元间的互联以构成环路；频率选择元件实现延迟单元输出信号中的二次谐波的选择输出。