[发明专利]一种高频宽带压控振荡器及其运作方法

说明书

技术领域

本发明涉及振荡器技术领域，特别涉及一种高频宽带压控振荡器及其运作方法。

背景技术

随着无线通信技术的快速发展以及人们对通信需求的不断提高，应用于毫米波的无线通信技术已成为近年来研究的热点。因此，作为无线通信中收发机的核心模块，锁相环频率综合器直接影响着整个系统的性能，而压控振荡器则是锁相环频率综合器的核心电路；

压控振荡器(VCO，voltage-controlled oscillator)是指输出频率与输入控制电压有对应关系的振荡电路。目前，压控振荡器主要有两种实现形式，一种是环形(Ring)压控振荡器，一种是电感电容(LC)压控振荡器。

相位噪声是决定信息传输质量和可靠性的重要参数。因此，VCO的相位噪声己经成为设计中最关心的指标。通常，压控振荡器的噪声源可以分为：器件噪声和外界干扰噪声。其中器件噪声包括热噪声和闪烁噪声，外界干扰噪声包括MOS管的衬底噪声和电源噪声。

压控振荡器的噪声包括三部分：第一部分为谐振回路噪声，第二部分为交叉耦合管的噪声，第三部分为尾电流管的噪声。因此在设计时，要针对这几部分的噪声进行优化和处理。

现有压控振荡器包括：LC谐振模块，由第一电感、第一电容、第二电容组成，用于产生压控振荡器所需振荡频率的振荡信号。负阻电路，采用NMOS差分耦合电路，提供负阻以补偿谐振回路的损耗，以维持振荡。尾电流源电路，采用闪烁噪声较小的PMOS作为尾电流源，提供振荡单元所需的振荡电流。

传统LC压控振荡器，在高频频段上的相位噪声较差，输出幅度较低，远不能满足在毫米波频段上的性能要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种高频宽带压控振荡器及其运作方法，所要解决的技术问题是：在高频频段上的相位噪声较差，输出幅度较低，远不能满足在毫米波频段上的性能要求。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种高频宽带压控振荡器，包括：

输入缓冲单元，接入控制电压，将电压信号传输至谐振单元；

谐振单元，用于根据电压信号产生振荡信号，将振荡信号传输至输出缓冲单元；

输出缓冲单元，用于对振荡信号进行缓冲，并输出振荡信号；

负阻单元，用于产生负阻，利用负阻产生的能量补偿谐振单元的损耗；

尾电流源单元，用于产生工作电流，阻止谐振回路中电流的二次谐波分量进入地，抑制偶次谐波附近的噪声，将工作电流通过负阻单元传输至谐振单元。

本发明的有益效果是：谐振单元提高了振荡频率，增加了输出幅度，具备更大的工作频率范围；采用输出缓冲单元，将谐振单元与后级电路进行缓冲，减小了相位噪声，同时采用共源放大器结构的缓冲电路具有驱动负载的作用；尾电流源单元采用新型威尔逊电流源，并采用大电容滤波技术，其中共源共栅结构能够有效的增加输出阻抗，提高了电流源的精度，有效降低了偶次谐波噪声,满足在毫米波频段上的性能要求。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述输入缓冲单元包括电感L2，所述电感L2的一端接入控制电压，另一端与谐振单元连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：抑制输入电流的二次谐波分量进入交流地，防止恶化谐振回路的Q值。

进一步，所述谐振单元包括电感L1、电容C1、电容C2、NMOS管M3和NMOS管M4，所述NMOS管M3的源极和漏极相连，并与所述电感L1的一端连接；所述NMOS管M4的源极和漏极相连，并与所述电感L1的另一端连接；所述NMOS管M3的栅极和NMOS管M4的栅极均与所述电感L2连接；所述电容C1和电容C2串联，所述电容C1和电容C2串联后与所述电感L1并联。

采用上述进一步方案的有益效果是：提高了振荡频率，增加了输出幅度，具备更大的工作范围。

进一步，所述输出缓冲单元包括NMOS管M7、NMOS管M8、电容C3、电容C4、电感L3、电感L4、电阻R1和电阻R2，所述NMOS管M7的漏极经电阻R1与电源VDD连接；所述NMOS管M7的栅极与所述电感L1的一端连接；所述NMOS管M7的源极接地；所述电容C4的两端分别与所述NMOS管M7的漏极和源极连接；所述电感L3的一端与NMOS管M7的漏极连接，另一端与第一输出端连接；

所述NMOS管M8的漏极经电阻R2与电源VDD连接；所述NMOS管M8的栅极与所述电感L1的另一端连接；所述NMOS管M8的源极接地；所述电容C3的两端分别与所述NMOS管M8的漏极和源极连接；电感L4的一端与NMOS管M7的漏极连接，另一端与第二输出端连接。