[发明专利]一种低相位噪声电压控制振荡器

说明书

本发明公开了一种低相位噪声电压控制振荡器，接收LPF的输出电压，包括：三级延迟单元、第一NMOS管、第二NMOS管、第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管、第四PMOS管、电阻和电容，所述第一NMOS管和所述第二NMOS管各自的栅极分别接收LPF的输出电压；所述第一NMOS管和所述第二NMOS管各自的源极分别接地；所述第一NMOS管的漏极连接所述第一PMOS管的漏极；所述第二NMOS管的漏极连接所述第三PMOS管的漏极。本发明有效压缩VCO的低频闪烁噪声。

技术领域

本发明涉及锁相环频率合成器(phase lock loop:简称PLL)中关键模块，电压控制振荡器(voltage control oscillator:简称VCO)。

背景技术

随着电路设计集成度的提高和更高速的应用，对于低噪声，高精度的时钟要求越来越强烈。为了提供高质量的频率信号，锁相环频率合成器被运用得越来越频繁。频率合成器是从一个或多个参考频率上产生多种频率的器件，频率合成器产生的信号可以作为各种收发机本地振荡信号，还可以完成调制，解调和给接口电路中的时钟恢复电路提供时钟。

VCO是锁相环中的核心模块。设计一个高精度，低相位噪声的VCO关系到整个PLLloop(锁相环环路)的性能。

传统的PLL电路结构如图2。它由如下几个主要模块组成，预分频器(predivider),鉴频鉴相器(frequency phase detector,简称PFD),电荷泵(chargepump,简称CP),环路滤波器(low pass filter,简称LPF),电压控制振荡器(voltage control oscillator,简称VCO),反馈分频器(feedback divider)和锁频检测模块(lock detector)组成。PFD把经过预分频器的参考输入信号和VCO经过分频后的信号进行比较，得出它们的频率差和相位差，频率相位差直接通过CP去控制LPF,产生平均电压控制VCO的输出频率，让系统自动锁定。ring VCO由于有电路面积小，功耗低，宽的频率调节范围的优点被广泛使用。图2中，Ref表示参考频率；Fdiv表示VCO震荡频率经过分频后的信号；UP表示电荷泵给滤波器的充电信号；DN表示电荷泵给滤波器的放电信号；Vlpf表示滤波器的输出信号；Fout表示震荡器的输出信号；PLL Lock表示判断PLL是否锁定的信号。

传统的ring VCO(环形电压控制振荡器)结构如下图3，LPF的输出被转换为VCO的控制电流Vc，用此电流去控制VCO的delay cell(延迟单元)的振荡频率，当电流增大时，振荡频率变高，反之振荡频率降低。图4中的ring VCO,仿真结果表明，它的相位噪声指标(phase noise:简称PN)约为-87dBc@1MHz。对信号质量要求高的PLL就没法使用这种结构。为了克服ring VCO相位噪声过大的问题，有方案提出相位噪声(phase noise)性能优越的LC VCO(电感电容做调节单元的压控震荡器)的结构，但是LC VCO也有它的不足之处：首先，它的频率处理范围相对于ring VCO太窄，另外它的功耗更大，电感电容的共振电路会使用太多芯片面积。

传统的PLL主要有如下噪声源：输入噪声，相位检测噪声，控制电压的噪声，VCO噪声……其中，输入噪声和相位检测噪声可以通过降低环路带宽来获得，但是，环路带宽的降低会增加控制电压的噪声和VCO的噪声。对于控制电压的噪声降低可以通过降低VCO的电压增益Kvco(压控振荡器的增益)来控制。VCO具有稳定增益主要是为了抑制VCO的外部噪声，而VCO的内部噪声主要分两类：器件热噪声，闪烁噪声和环境噪声，环境噪声包括电源噪声和衬底噪声。在克服环境噪声方面，差分优于单端设计。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷而提供一种低相位噪声电压控制振荡器，有效压缩VCO的低频闪烁噪声。

实现上述目的的技术方案是：