[发明专利]一种变压器耦合开关电容阶梯电路

说明书

本发明公开了一种变压器耦合开关电容阶梯电路，包括片上变压器、接地电容模块和若干级并联的开关电容阶梯电路模块，所述片上变压器主线圈的两个端口连接谐振腔，次级线圈的两个端口连接第一级开关电容阶梯电路模块，最后一级开关电容阶梯电路模块连接接地电容模块，每一级开关电容阶梯电路模块由多个固定电容和开关电容以特定结构连接构成且电容值大小有特定比例关系。本发明的电路结构具有新颖性和通用性，主要用于全数字锁相环中数控振荡器的频率调节电路。本发明的主要优点是相比于其他的数控振荡器频率调节电路其工作频率更高、频率分辨率更好、频率调节线性度更好。

技术领域

本发明涉及集成电路设计领域，尤其涉及一种变压器耦合开关电容阶梯电路。

背景技术

随着卫星通信和汽车雷达等领域的快速发展，毫米波频段下的无线收发机有着广泛的应用前景，以锁相环为核心的频率综合器又是决定无线收发机性能的关键部分。2003年德州仪器公司的Robert Bogdan等人先提出了全数字锁相环的构想，其相比于传统的锁相环有更小的芯片面积和更低的噪声。但目前全数字锁相环中最核心的部分数控振荡器的实现依然需要使用模拟电路的方法，其频率调谐精度是最为重要的指标之一。

传统的数控振荡器的频率调节大多使用开关电容阵列结构，它是多个容值相同或容值呈二进制比例关系的开关电容相互并联构成。受工艺水平的限制，目前所能制造的最小电容值是有极限的，特别当电路工作频率较高时，最小开关电容值与电路中的寄生电容值非常接近。所以在毫米波频段使用传统的开关电容阵列结构来作为数控振荡器的精调电路有频率调谐精度低、频率线性度差等诸多缺点。本发明所提出的带变压器耦合的开关电容阶梯电路则能很好地克服这些缺点。

发明内容

发明目的：本发明针对现有技术存在的工作频率低、频率分辨率差等问题，提供了一种变压器耦合开关电容阶梯电路作为数控振荡器的频率调节电路。相较于传统频率调节电路，本发明更适合工作于毫米波频段、有更高频率灵敏度和更好的频率线性度。

技术方案：本发明所述的变压器耦合开关电容阶梯电路包括片上变压器、接地电容模块和若干级并联的开关电容阶梯电路模块，所述片上变压器主线圈的两个端口连接谐振腔，次级线圈的两个端口连接第一级开关电容阶梯电路模块，最后一级开关电容阶梯电路模块连接接地电容模块，其中，每一级开关电容阶梯电路模块包括第一固定电容、第二固定电容、第三固定电容、第四固定电容、第一开关电容、第二开关电容、第三开关电容、第四开关电容、第一开关电路单元和第二开关电路单元，所述第一固定电容的一端连接上一级开关电容阶梯电路模块的第一固定电容，另一端连接下一级开关电容阶梯电路模块的第一固定电容，所述第二固定电容的一端连接上一级开关电容阶梯电路模块的第二固定电容，另一端连接下一级开关电容阶梯电路模块的第二固定电容，所述第三固定电容一端接地，另一端连接至第一固定电容，所述第四固定电容一端接地，另一端连接至第二固定电容，所述第一开关电路单元的第一端口通过串联的第一开关电容并联在第三固定电容后方，第二端口通过串联的第二开关电容并联在第四固定电容后方，所述第二开关电路单元的第一端口通过串联的第三开关电容并联在第一开关电容后方，第二端口通过串联的第四开关电容并联在第二开关电容后方。电路中的固定电容和开关电容均为片上MOM电容。

进一步的，所述片上变压器的主线圈和次级线圈为正八边形金属电感线圈，均使用工艺下的顶层金属构建，主次线圈采用平面耦合结构且次级线圈内径大于主线圈，主线圈采用中心抽头结构馈电，变压器的耦合系数为0.25或小于0.25。

进一步的，所述第一开关电路单元包括第一MOS管、第二MOS管和第三MOS管，所述第一MOS管的源极连接该单元的第一端口，漏极连接该单元的第二端口，栅极分别连接第二MOS管的栅极和第三MOS管的栅极，所述第二MOS管的源极连接电源，漏极连接第三MOS管的源极，还通过第一电阻连接至第一MOS管的源极，以及通过第二电阻连接至第一MOS管的漏极，第三MOS管的漏极接地，控制信号输入至第一MOS管的栅极。所述第二开关电路单元与所述第一开关电路单元的电路结构相同。所述第一MOS管和第三MOS管为NMOS管，所述第二MOS管为PMOS管。