[发明专利]一种基于四端口耦合网络的耦合压控振荡器

说明书

本发明属于无线通信技术领域，涉及压控振荡器，具体为一种基于四端口耦合网络的耦合压控振荡器；用以解决传统的耦合压控振荡器对于耦合网络对称性的要求，使得耦合网络不容易实现绝对对称，不仅不能实现降低向相位噪声目的而且更加占用面积的问题。本发明由四个完全相同的压控振荡器与四端口耦合网络构成，将尾电阻串接于共模路径上代替LC并联谐振腔，有效降低相位噪声的同时，大大的减小了芯片面积；并且，本发明采用共模点耦合方式，不仅使得耦合网络更加对称，走线更短减少失配，同时也能大大降低二次谐波处噪声，减小了二次谐波噪声下变频到基波附近从而恶化相位噪声的可能性。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及压控振荡器，具体为一种基于四端口耦合网络的耦合压控振荡器。

背景技术

随着5G时代的到来，通信技术越来越成为衡量一个国家科技实力的标准，对于射频通信系统来说，频率源提供一个稳定频率用于上混频或下混频以方便处理信号，广泛应用于移动通信终端、军事通信系统和卫星通信系统中。压控振荡器作为频率综合器的核心，严重影响着系统中混频后信号质量，因此优化压控振荡器的相位噪声成为了提升系统性能的一个有效手段。

为了降低压控振荡器的相位噪声，从上个世纪起人们就开始对压控振荡器内部噪声来源进行分析并且创造出了许多行之有效的新型结构；其中，通过多个完全相同的压控振荡器输出节点耦合从而降低相位噪声的方法成为研究者们探索的热点。传统的耦合压控振荡器如图1所示(所示为两个压控振荡器耦合)，通过金属连线将两个相同的压控振荡器的输出端连接起来，实现两个压控振荡器的耦合，利用注入锁定的原理可以知道在时域上过零点抖动通过耦合实现平均，从而噪声变成原来的1/N、N是耦合压控振荡器的个数，因此相位噪声在原来的基础上降低10log₁₀NdBc/Hz；但是由于连线在高频下存在寄生效应，以及图中上下两个压控振荡器OUT+、OUT-间的连线必须要完全对称，否则将会造成差分的输出不对称，不仅影响相位噪声而且会给后续的混频环节带来困难。当需要更纯净的频谱时，就需要一次耦合更多的相同的压控振荡器，这时每个压控振荡器之间需要连线耦合，不仅要求绝对对称更要求路径更短从而减小损耗，传统的耦合方式大大增加了实现版图上耦合的难度。

由此可见，上述传统耦合压控振荡器对于只有两个压控振荡器来说相对比较容易实现，但是当需要更纯净的频谱时就需要耦合更多的压控振荡器，这时对于版图实现来说就尤为困难，原因主要有以下几点：

1)传统耦合压控振荡器采用输出节点耦合的方式来降低相位噪声，这对于传统版图实现上来说必定需要冗长的金属走线，大大增加了版图面积和寄生效应带来的风险，同时由于版图不对称造成的不完全匹配更会使得多个输出间存在相位差；

2)传统二次谐波抑制方法不方便适用于传统耦合压控振荡器中，传统二次谐波抑制是由电感、电容并联在二次谐波频率处形成高阻，从而实现对于二次谐波电流在共模通路上形成二次谐波电压，使得交叉耦合对漏、源两端电压差更符合脉冲灵敏度函数低噪声波形，然而电感的引入不仅增加面积，而且会增加耦合网络的长度，从而必须要更长的走线，增加了失配的风险增加了面积。

发明内容

针对上述传统的耦合压控振荡器对于耦合网络对称性的要求，使得耦合网络不容易实现绝对对称，不仅不能实现降低向相位噪声目的而且更加占用面积的问题；本发明的目的在于提供一种新型的基于四端口耦合网络的耦合压控振荡器，重新选取耦合点，既能实现耦合的效果也能实现完全对称的版图布局，有效利用了版图面积和降低了相位噪声；同时，克服了二次谐波抑制方法需要电感的弊端。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：