[发明专利]基于多峰值可调谐谐振腔的宽带LC振荡器

说明书

本发明公开了一种基于多峰值可调谐谐振腔的宽带LC振荡器，其特征在于，包括多峰值可调谐谐振腔和负阻单元，所述负阻单元采用互补式交叉耦合CMOS结构，谐振腔采用匝数比为1：1的变压器，并在外围增加开关电感Lsubgt;T/subgt;，变压器的原线圈Lsubgt;P/subgt;与3Bit的共模电容阵列Csubgt;CM/subgt;和变容管VARsubgt;CM/subgt;相连，副线圈Lsubgt;S/subgt;与3Bit的共模电容阵列Csubgt;DM/subgt;和变容管VARsubgt;DM/subgt;相连；变压器通过与并联的电容谐振，并分别在差模的ωsubgt;0/subgt;和3ωsubgt;0/subgt;，共模的2ωsubgt;0/subgt;处形成三个谐振峰值。本发明用于克服毫米波振荡器无法在整个调谐范围内实现谐波控制，以及寄生电容增加所造成的带宽减小的问题。

技术领域

本发明属于电子技术领域，具体涉及一种基于多峰值可调谐谐振腔的宽带LC振荡器。

背景技术

由于多层薄金属标准互补金属氧化物半导体(Complementary Metal OxideSemiconductor，CMOS)工艺具有更小的金属线宽和间距，因此基于这种工艺的毫米波电路容易与系统级芯片(System on Chip，SoC)集成，有利于实现低成本、小面积和多功能的全集成相控阵系统。数字波束成形系统则对振荡器的可重构性、频谱纯度和带宽都提出了严格的要求。然而，在没有厚金属的标准CMOS工艺中实现高性能的毫米波压控振荡器(Voltage Controlled Oscillator，VCO)是相当困难的。因为薄金属无法实现具有高品质因数(Quality Factor，Q)的谐振腔，用于调谐的变容管的Q值在毫米波频段一般也降至5左右，严重恶化了相位噪声和功耗。此外，晶体管和金属互连线的寄生电容随着频率的升高而增大，极大地限制了电容阵列的调谐能力。因此，亟需探索更有效的谐振腔结构。

在现有的基于单个变压器的F_2,3类振荡器中，较多采用匝数比为1:n(n1)的变压器来满足比例关系，但是放大了晶体管栅极的电压，容易使晶体管进入线性区。同时需要使用厚氧化物器件以应对较大的电压摆幅，因此不可避免地降低了开关速度并引入额外的噪声。不仅如此，高匝数比的变压器的Q值在毫米波段会急剧恶化，自谐振频率也会降低。虽然有使用了匝数比为1:1的变压器，但是当和副线圈并联的电容阵列开始调谐时，其与原线圈端的寄生电容的电容比值不断变化，使得高阶的谐振峰值不再处于2ω₀和3ω₀处，所以F_2,3振荡器的优势仅能在一个狭窄的频带内有效。

发明内容

鉴于以上存在的问题，本发明提供一种基于多峰值可调谐谐振腔的宽带LC振荡器，用于克服毫米波振荡器无法在整个调谐范围内实现谐波控制，以及寄生电容增加所造成的带宽减小的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一种基于多峰值可调谐谐振腔的宽带LC振荡器，包括多峰值可调谐谐振腔和负阻单元，所述负阻单元采用互补式交叉耦合CMOS结构，谐振腔采用匝数比为1:1的变压器，并在外围增加开关电感L_T，变压器的原线圈L_P与3Bit的共模电容阵列C_CM和变容管VAR_CM相连，副线圈L_S与3Bit的共模电容阵列C_DM和变容管VAR_DM相连；变压器通过与并联的电容谐振，并分别在差模的ω₀和3ω₀，共模的2ω₀处形成三个谐振峰值。

一种可能的实现方式中，电路布图时，变压器由两个原线圈L_P和副线圈L_S竖直堆叠而成。

一种可能的实现方式中，电路布图时，L_P和L_S分别采用设置在铝层AL和次顶层金属M6的方式实现。