[发明专利]一种使用协同调谐缓冲器的宽范围低功率波动压控振荡器

说明书

本发明公开了一种使用协同调谐缓冲器的宽范围低功率波动压控振荡器，采用开关电感配合变容管阵列实现多子带调谐，在获得低调谐增益的同时实现了超宽的频率调谐范围24.48~37.16 GHz（41.14%），其中使用的开关电感具有较优的品质因子，使得振荡器在整个工作频率范围内，能获得更优的相位噪声性能（‑124.91 dBc/Hz@10MHz）；输出缓冲器的选频网络与振荡器核心采用相同的电感电容形成LC选频，可以达到缓冲器和振荡器核心协同调谐、精确选频放大的效果，最终使得输出功率波动在整个调谐范围内小于3dB（‑2.68~0.24 dB）。本发明可作为毫米波无线通信系统的本振信号源使用。

技术领域

本发明属于毫米波集成电路设计的技术领域，涉及一种使用协同调谐缓冲器的CMOS毫米波压控振荡器，可用于5G毫米波通信系统。

背景技术

近年来，毫米波技术在抗干扰通信、大容量宽带信息传送、军事保密等方面的应用不断发展，人们对该领域的研究十分活跃。毫米波通信在高速无线宽带接入技术、5G技术、卫星通信、相控雷达、电子对抗等领域具有广阔的发展前景。

毫米波通信具有的优点有频段容量大、抗干扰、质量高、安全系数高、支持全天候的通信要求、制作的设备体积小等等。其次，而随着无源器件的片上集成的实现，硅基CMOS工艺因其成本低、集成度高等优点成为了毫米波段集成电路主流工艺。近些年基于CMOS工艺的毫米波芯片的性能不断得到提升，已经可以媲美传统的III-V族毫米波电路，同时CMOS工艺的优点很多，比如成本低、面积小、功耗低、技术成熟等。因此，近年对高速率、高性能、低功耗的CMOS毫米波通信芯片的研究十分活跃。在毫米波收发机系统中，信号源是通信设备必需的部分，毫米波信号源芯片设计的核心即压控振荡器(VCO)电路，它的目的是为收发系统输送一个较为纯净的本振信号，有着极其重要的研究意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种使用协同调谐缓冲器的宽范围低功率波动压控振荡器，是一种宽调谐范围低输出功率波动CMOS毫米波压控振荡器。

本发明的目的是这样实现的：

一种使用协同调谐缓冲器的宽范围低功率波动压控振荡器，特点是该压控振荡器由一个振荡器主体和一个协同调谐输出缓冲器构成。振荡器主体的谐振腔由开关电感和变容管阵列构成，输出缓冲器的选频网络与振荡器核心采用相同的电感电容形成LC选频，实现选频带宽频段跟随压控振荡器输出频率变化的作用，达到缓冲器和振荡器协同调谐、精确选频放大的效果，实现宽调谐范围和低输出功率波动。其具体形式为：

振荡器主体(VCO-CORE)中，第一NMOS管M1的源极、第二NMOS管M2的源极和第三NMOS管M3的漏极、第四NMOS管M4的漏极相接，第二NMOS管M2的栅极、第一NMOS管M1的漏极和第一可变电容管Cv1的栅极、第三可变电容管Cv3的栅极、第五可变电容管Cv5的栅极共同接到振荡器核心的第一输出端VP，第一NMOS管M1的栅极、第二NMOS管M2的漏极和第二可变电容管Cv2的栅极、第四可变电容管Cv4的栅极、第六可变电容管Cv6的栅极共同接到振荡器核心的第二输出端VN，第三NMOS管M3的源极和第四NMOS管M4的源极接到地线GND，第三NMOS管M3的栅极和第四NMOS管M4的栅极连接到电压控制信号VB1；第一可变电容管Cv1的源极和漏极相接和第二可变电容管Cv2的源极和漏极相接至调谐电压VTUNE，第三可变电容管Cv3的源极和漏极相接和第四可变电容管Cv4的源极和漏极相接至数字控制电压SW1，第五可变电容管Cv5的源极和漏极相接和第六可变电容管Cv6的源极和漏极相接至数字控制电压SW2，开关电感T1由主级电感L1、次级电感L2和开关管第五NMOS管M5构成，主级电感L1的一端与第一输出端VP相接，主级电感L1的另一端与第二输出端VN相接，主级电感L1的物理中心位置接电源电压VDD；次级电感L2的一端与第五NMOS管M5的漏极相接，次级电感L2的另一端与第五NMOS管M5的源极相接，次级电感L2的物理中心位置接地，第五NMOS管M5的栅极接数字电平SWL；