[发明专利]一种带有三次谐波增强的毫米波数控振荡器

说明书

本发明公开了一种带有三次谐波增强的毫米波数控振荡器，该数控振荡器包括谐振腔和有源电路两部分；谐振腔包括初级谐振腔和次级谐振腔：初级谐振腔为三次谐波谐振腔，包括多峰值变压器初级线圈和基于第一开关电容阵列的电容粗调电路；次级谐振腔为基频谐振腔，包括多峰值变压器次级线圈、基于第二开关电容阵列的电容粗调电路、基于离散电压控制可变电容的电容中调电路以及电容精调电路。有源部分采用基于变压器耦合的负阻管。本发明实现三次谐波的增强，在获得高频输出信号的同时也能保证良好的相位噪声，且频率调谐范围更大。

技术领域

本发明涉及集成电路，尤其涉及一种带有三次谐波增强的毫米波数控振荡器。

背景技术

毫米波数控振荡器设计中的关键问题主要包括两个方面，首先，工作在毫米波频段的振荡器谐振腔总电容相对较小，而有源器件的寄生电容占据了总电容的很大比例，从而限制了数控振荡器的频率调谐范围；其次，数控振荡器要实现较宽的频率调谐范围需要较大的调谐电容，而电容的容值与Q值成反比，所以可变电容的低Q值决定了谐振腔的总Q值较低，从而限制了振荡器可实现的相位噪声性能。而数控振荡器与压控振荡器虽然控制机理不同，但是宽带调谐技术是相通的，在压控振荡器中适用的宽带调谐技术也可适用于数控振荡器。

中国专利：CN201710139108.2(参考文献1)，利用双模电感解决了压控振荡器结构不能在保证相位噪声和功耗指标的情况下满足调谐带宽的要求的问题。该压控振荡器包括两组负跨导单元、开关阵列、双模电感、两组变容二极管阵列；第一和第二负跨导单元用于为压控振荡器提供振荡能量；双模电感通过开关阵列实现两种等效电感值之间的切换，用于振荡频率的粗调节；第一和第二变容二极管阵列用于调节负载网络的电容值，实现振荡频率的精调节。此结构利用双模电感来避免大电容带来的损耗，从而达到了调谐带宽能满足应用要求且不牺牲相位噪声和功耗指标的技术效果，但是整个电路结构复杂，双模电感更是极大地占用了版图面积。

中国专利：CN202010252960.2(参考文献2)，将低频振荡器和带通选频网络采用层叠串联的方式，直接将交叉耦合对管中的谐波电流进行复用，注入中心频率为三次谐波的谐振腔直接得到三倍频信号输出。此结构大大简化了电路结构，使用了更少的晶体管和偏置电路，显著降低功耗，但是此结构中工作在三次谐波处的带通选频滤波器需要再单独设计电感，增加了设计周期以及版图面积。

发明内容

发明目的：本发明针对现有技术存在的问题，提供一种带有三次谐波增强的毫米波数控振荡器，具有相位噪声更低、工作频率更高、频率调谐范围更宽、版图占用芯片面积更小的优点。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明的一种带有三次谐波增强的毫米波数控振荡器采用如下技术方案：

带有三次谐波增强的毫米波数控振荡器，包括谐振腔和有源电路两部分；谐振腔包括初级谐振腔和次级谐振腔：初级谐振腔为三次谐波谐振腔，包括多峰值变压器初级线圈和基于第一开关电容阵列的电容粗调电路；次级谐振腔为基频谐振腔，包括多峰值变压器次级线圈、基于第二开关电容阵列的电容粗调电路、基于离散电压控制可变电容的电容中调电路以及电容精调电路；有源部分采用基于变压器耦合的负阻管；

振荡器的实现具体包括以下步骤：

步骤100、初步确定谐振腔整体电感电容大小；

步骤101、确定多峰值变压器的参数以及初次级谐振腔总电容容值；

步骤102、确定初次级谐振腔中的电容粗调电路，采用开关电容阵列结构对谐振腔总电容进行划分；

步骤103、确定次级谐振腔中的电容中调电路和电容精调电路，设计离散电压控制可变电容，满足交叠频率要求；

步骤200、确定有源部分负阻管的参数；

步骤201、调整负阻管大小优化噪声；在步骤200的基础上，调整负阻管跨导大小来优化相位噪声。

其中，