[发明专利]一种支持低增益变化的宽带压控振荡器

说明书

本发明公开了一种支持低增益变化的宽带压控振荡器，属于半导体集成电路技术领域，该宽带压控振荡器包括并联连接的电感组件(1)、开关电容阵列(2)、变容管单元(3)和补偿回路(4)，其中，变容管单元(3)包括可变偏置变容管单元(31)和开关变容对管单元(32)，可变偏置变容管单元(31)用来调节宽带压控振荡器的细调谐增益变化，开关变容对管单元(32)用来调节宽带压控振荡器的粗调谐增益变化。该压控振荡器输出频率范围宽，且调谐增益变化小。

技术领域

本发明涉及半导体集成电路技术领域，尤其涉及一种支持低增益变化的宽带压控振荡器。

背景技术

随着无线通信技术和集成电路产业的发展，兼容多协议的收发器芯片成为当前无线通信领域的研究热点。频率合成器作为射频前端的关键模块，主要作用是给收发机中的变频电路提供频率可编程的本地载波信号。为了提高频谱效率，现代无线通信系统大都利用频分复用技术，将用于传输信号的信道的总带宽划分成若干个子频带(或称子信道)，每一个子信道传输一路信号。无线收发机在进行通信时根据信道占用情况、信道质量等进行实时信道切换；具体的，通过改变频率合成器的输出频率来实现信道的切换。

目前主流的集成频率合成器绝大部分都是锁相环型频率合成器，锁相环系统的应用十分的广泛，从全球定位系统到时钟恢复电路，再到无线接收机电路等等；不同的应用领域，对其性能的要求是不一样的，重要的一点是其性能的好坏直接影响到通信系统的质量。因此，高速、低相位噪声、低电源抖动、低功耗以及低芯片面积等的锁相环频率合成器系统逐渐成为工程师们的研究重点。

随着对锁相环型频率合成器的要求越来越趋向于宽带，低相位噪声，低杂散，作为锁相环型频率合成器中的关键模块——压控振荡器(VCO，Voltage-controlledOscillator)，其设计也需要符合输出频率范围大，相位噪声低，增益变化小等要求。

传统的宽带压控振荡器设计采用开关控制金属电容和一对变容管的方式来实现宽带性能，当这样的VCO用于频率合成器中时，自动频率控制(AFC，Auto FrequencyCalibration)对VCO的频率进行粗调，环路滤波器输出的调谐电压对VCO的频率进行细调。在这一调谐过程中会产生大的增益变化，这一增益变化会影响频率合成器的环路带宽，进而影响其环路稳定性。所以VCO在实现宽带性能的同时要兼顾调谐增益性能，调谐增益本身及其在全频带内的变化都应尽可能小。

VCO调谐增益的变化主要由两个方面产生，一方面是不同的开关控制位设置产生电容变化进而产生增益变化，另一方面是变容管的调谐非线性产生增益变化。在现有技术中，有两种典型减小增益变化的方式：

方式一：采用串并金属电容阵列的方法来减小增益的变化。在变容管中间串联金属电容阵列，这样，当频率升高时，压控振荡器增益(Kvco)在随谐振腔中的并联开关金属电容增大的同时会随细调结构中的串联金属电容阵列减小。这样，当我们同时采用细调变容管支路中的串联金属电容结构和谐振腔中的并联金属电容结构时，VCO的增益就会被减小。这一技术的缺陷是由于需要额外的串联一组开关金属电容阵列，VCO的面积会增大。

方式二：对传统VCO结构的开关控制金属电容和变容对管同时采用伪指数电容阵列结构来实现增益变化的减小。VCO的输出频率公式为其中L为电感感抗值，C为电容容量值。为了得到线性的粗调谐特性，金属电容阵列应该满足n^-2的关系，n为开关电容阵列的控制码。考虑到电路的实现复杂度，将电容阵列控制位分为四个不同的区间，在四个区间内对电容值进行设计，实现整个频率内总电容的指数化变化，从而得到在细调电压固定时输出频率在全频带内的相对线性变化。这一技术的缺陷是由于需要使电容变化呈现伪指数的趋势，各子段的电容值设计很复杂。

可见，现有技术中VCO设计很难同时满足宽带，小的增益变化的需求。

发明内容