一種低相位噪聲的電感電容壓控振蕩器的製造方法

2023-06-04 09:19:17

一種低相位噪聲的電感電容壓控振蕩器的製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種低相位噪聲的電感電容壓控振蕩器，包括第一鏡像恆流源、第二鏡像恆流源、壓控振蕩器，所述電感電容壓控振蕩器還包括動態電流源噪聲抑制電路，所述第一鏡像恆流源的輸出連接至所述動態電流源噪聲抑制電路以作為後續電路的偏置，所述所述動態電流源噪聲抑制電路受控於所述壓控振蕩器的輸出，用於在所述壓控振蕩器的輸出高出閾值後關斷偏置電流，其輸出連接至所述第二鏡像恆流源，本發明通過在壓控振蕩器的振蕩幅度大於某個閾值之後，把第二鏡像恆流源關斷，使振蕩器靠諧振腔中儲存的能量繼續振蕩，達到降低第二鏡像恆流源噪聲傳遞到諧振腔的噪聲能量，進而降低相位噪聲的目的。
【專利說明】一種低相位噪聲的電感電容壓控振蕩器

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種電感電容壓控振蕩器，特別是涉及一種動態電流源噪聲抑制的低相位噪聲的電感電容壓控振蕩器。

【背景技術】
[0002]低相位噪聲的電感電容壓控振蕩器是鎖相環中不可或缺的模塊，也是現代通信系統中不可或缺的本振信號產生模塊，當前常用的幾種電感電容壓控振蕩器中，電流源的噪聲貢獻了相位噪聲的主要部分。
[0003]圖1為現有技術中3種典型電感電容壓控振蕩器，基準電流源15、16、17產生基準電流，NMOS管M7-M8或NMOS管M11-12或NMOS管M13-14組成1:N的第一鏡像恆流源，第一鏡像恆流源的輸出再連接至PMOS管M1-M2或PMOS管M17-M18或PMOS管M21-M22組成1:M的第二鏡像恆流源，NMOS管M3-M4、PM0S管M5-M6交叉耦合與可變電容C2-C3、電容C6-C7、電感LI組成壓控振蕩電路，或PMOS管M15-16交叉耦合與可變電容C4-5、電容C8-9、電感L2組成壓控振蕩電路，或NMOS管M9-10交叉耦合與可變電容C10-11、電容C12-13、電感L4組成壓控振蕩電路，第二鏡像恆流源的輸出連接至壓控振蕩電路，並在第二鏡像恆流源的兩個PMOS管的柵極間增加RC濾波器如RO與C14、Rl與C15、R2與C16來抑制偏置電路(基準電流源、第一鏡像恆流源、第二鏡像恆流源)的噪聲。但是為了有效的濾除偏置電路的噪聲，需要RC濾波器的帶寬比較低，這樣就需要比較大的RX C值，由於電阻也會貢獻噪聲，那就需要比較大的電容，而集成電路中電容構建效率較低，這就會佔用比較大的基片(Wafer)面積。
[0004]以下以圖1所示的傳統電感電容壓控振蕩器的其中一種進行分析，其電路如圖2a，仿真結果如圖2b。
[0005]從圖2b中可以看出振蕩器工作的3個明顯的區域，在圖中I和3區域，某一個交叉耦合管(負阻管)導通，另外一個交叉耦合管截止，尾部電流源全部通過導通管；在區域2，兩個交叉耦合管M15-16同時導通，尾部電流在兩個管子之間分配。
[0006]假設尾部第二鏡像恆流源源的噪聲是恆定的，通過分析交叉耦合管的工作狀態可以得出該噪聲源是如何傳遞到諧振腔中。當只有一個交叉耦合管導通時，尾部電流源的噪聲直接傳遞到諧振腔，傳遞函數的增益是I或者-1取決於哪一個管子導通，此時噪聲最差；當兩個管子同時導通，傳遞到諧振腔的噪聲為分別流過兩個管子的噪聲電流的差值(注意:由於兩部分噪聲是同一噪聲源的，是直接相關的，所以是差值，否則應該是噪聲功率的疊加)。在圖中A點，電流平分到兩個交叉耦合管中，噪聲也平分到諧振腔的兩端，所以該點噪聲傳遞函數是O即噪聲最低。由於電路噪聲取決於最差噪聲，雖然存在某段時間噪聲較低(A點)，但在僅有一個交叉耦合管導通時，其噪聲很高，因此，電路的噪聲性能較差。


【發明內容】

[0007]為克服上述現有技術存在的不足，本發明之目的在於提供一種低相位噪聲的電感電容壓控振蕩器，其在壓控振蕩器的振蕩幅度大於某個閾值之後，把尾部電流源(第二鏡像恆流源)關斷，使振蕩器靠壓控振蕩器諧振腔中儲存的能量繼續振蕩，達到降低尾部電流源(第二鏡像恆流源)噪聲傳遞到諧振腔的噪聲能量，進而降低相位噪聲的目的，本發明可顯著改善壓控振蕩器噪聲而且不需要採用大面積的RC濾波器。
[0008]為達到上述目的，本發明提供一種低相位噪聲的電感電容壓控振蕩器，包括第一鏡像恆流源、第二鏡像恆流源、壓控振蕩器，所述電感電容壓控振蕩器還包括動態電流源噪聲抑制電路，所述第一鏡像恆流源的輸出連接至所述動態電流源噪聲抑制電路以作為後續電路的偏置，所述所述動態電流源噪聲抑制電路受控於所述壓控振蕩器的輸出，用於在所述壓控振蕩器的輸出高出閾值後關斷偏置電流，其輸出連接至所述第二鏡像恆流源。
[0009]進一步地，所述動態電流源噪聲抑制電路包括串聯連接的第五PMOS管與第六PMOS管，所述第六PMOS管漏極接所述第一鏡像恆流源輸出端，源極連接所述第五PMOS管漏極，所述第五PMOS管源極連接至第二鏡像恆流源的偏置輸入端，所述第五PMOS管與第六PMOS管的柵極分別接所述壓控振蕩器的兩輸出端。
[0010]進一步地，所述第一鏡像恆流源將基準電流源按1:N鏡像為一較大電流輸出至所述動態電流源噪聲抑制電路用作後續電路的偏置。
[0011]進一步地，所述第一鏡像恆流源至少包括基準電流源、柵漏相連的第七NMOS管以及作為鏡像輸出管的第八NMOS管，所述基準電流源連接所述第七NMOS管漏極，所述第八NMOS管漏極連接至所述第六PMOS管漏極，所述第七NMOS管以及第八NMOS管源極接地，柵極互連。
[0012]進一步地，所述第二鏡像恆流源將所述動態電流源噪聲抑制電路輸出的偏置電流按1:M鏡像為一較大電流供給所述壓控振蕩器。
[0013]進一步地，所述第二鏡像恆流源為典型的PMOS恆流源。
[0014]進一步地，所述第二鏡像恆流源至少包括柵漏短接的第二 PMOS管及作為鏡像輸出管的第一 PMOS管，所述第五PMOS管源極連接至所述第二 PMOS管的柵漏短接端，所述第一 PMOS管漏極連接所述壓控振蕩器，所述第一 PMOS管與第二 PMOS管柵極相連，源極均連接電源電壓。
[0015]進一步地，所述第一 PMOS管漏極連接所述壓控振蕩器的兩交叉耦合管的源極。
[0016]進一步地，所述壓控振蕩器的兩個交叉耦合管的漏極為所述壓控振蕩器的兩輸出端，分別連接所述第五PMOS管與第六PMOS管的柵極。
[0017]進一步地，所述壓控振蕩器為電感電容壓控振蕩器。
[0018]與現有技術相比，本發明一種低相位噪聲的電感電容壓控振蕩器，其在壓控振蕩器的振蕩幅度大於某個閾值之後，把尾部電流源(第二鏡像恆流源)關斷，使振蕩器靠壓控振蕩器諧振腔中儲存的能量繼續振蕩，達到降低尾部電流源(第二鏡像恆流源)噪聲傳遞到諧振腔的噪聲能量，進而降低相位噪聲的目的，本發明可顯著改善壓控振蕩器噪聲而且不需要採用大面積的RC濾波器。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為現有技術中3種典型電感電容壓控振蕩器；
[0020]圖2a為圖1中一種典型電感電容壓控振蕩器電路的電路結構圖；
[0021]圖2b為圖2a的仿真圖；
[0022]圖3為本發明一種低相位噪聲的電感電容壓控振蕩器的電路結構圖；
[0023]圖4為圖3電路的仿真圖。

【具體實施方式】
[0024]以下通過特定的具體實例並結合【專利附圖】

【附圖說明】本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭示的內容輕易地了解本發明的其它優點與功效。本發明亦可通過其它不同的具體實例加以施行或應用，本說明書中的各項細節亦可基於不同觀點與應用，在不背離本發明的精神下進行各種修飾與變更。
[0025]圖3為本發明一種低相位噪聲的電感電容壓控振蕩器的電路結構圖。如3所示，本發明一種低相位噪聲的電感電容壓控振蕩器，包含第一鏡像恆流源10、動態電流源噪聲抑制電路20、第二鏡像恆流源30、壓控振蕩器40，第一鏡像恆流源10包含一基準電流源10、柵漏相連的NMOS管M7、鏡像輸出管M8，其用於將基準電流源按1:N鏡像為一較大電流輸出，並連接至動態電流源噪聲抑制電路20用作後續電路的偏置，動態電流源噪聲抑制電路20包含串聯連接的PMOS管M5-M6，其受控於壓控振蕩器的輸出，用於在壓控振蕩器的輸出高出閾值後關斷偏置電流，其輸出連接至第二鏡像恆流源30，第二鏡像恆流源30為典型的PMOS恆流源，PMOS管M2柵漏短接，PMOS管Ml為鏡像輸出管，用於將動態電流源噪聲抑制電路20輸出的偏置電流按1:M鏡像為一較大電流供給壓控振蕩器40，壓控振蕩器40可以是任意形式，本實施例為兩個交叉耦合的PMOS管M3-4和由電容C16-17、可變電容C14-15、及電感LI組成的諧振腔共同構成，用於產生振蕩輸出，其輸出vcon/vcop可直接輸出或經緩衝後輸出。
[0026]本發明第一鏡像恆流源輸出端即NMOS管M8漏極連接至PMOS管M6漏極，PMOS管M6源極連接PMOS管M5漏極，PMOS管M5源極連接至第二鏡像恆流源的偏置輸入端即PMOS管M2的柵漏短接端，第二鏡像恆流源輸出端即PMOS管Ml漏極連接至交叉耦合管PMOS管M3-M4的源極，PMOS管M3柵極連接PMOS管M4漏極，PMOS管M4柵極連接PMOS管M3漏極，交叉耦合管M3-M4的漏極即為振蕩器輸出端vcoruvcop，兩漏極間連接由電容C16-17、可變電容C14-C15、及電感LI組成的諧振腔，同時，交叉耦合管M3-4的漏極即為振蕩器輸出端vcon、vcop分別連接至PMOS管M5柵極、PMOS管M6柵極。
[0027]如圖3所示，在電路剛上電時，vcon和vcop的電壓為0，則PMOS管M5和PMOS管M6都處於開啟狀態，偏置電路(第一鏡像恆流源、第二鏡像恆流源)給振蕩器提供偏置電流讓振蕩器起振；起振後，在O?2 Π期間，當vcon和vcop幅度都較低時，PMOS管M5-M6均處於導通狀態，vcoruvcop幅度持續增加；在O?Π期間，當vcop大於一定電壓時(這時vcon為負)，雖然PMOS管M5處於開啟狀態但是PMOS管M6處於關斷狀態，這樣就把第一鏡像恆流源輸出的偏置電流關斷；在11?2 Π期間，當vcon大於一定電壓時(這時vcop為負)，雖然PMOS管M6處於開啟狀態但是PMOS管M5關斷狀態，這樣就把第一鏡像恆流源輸出的偏置電流關斷。如此通過這樣的動態關斷和開啟偏置恆流源的方式減小了電流源的噪聲傳遞函數，從而降低了相位噪聲。
[0028]需說明的是，這裡為了簡化表述，只是例舉一種電路。本發明同樣適用於其他的兩種電路結構。
[0029]圖4為圖3電路的仿真圖。設置N = 5，M = 6，另外對採用RC濾波器的電路中設置R = 10K，C = 1p0從上面的仿真結果可以看到，使用本發明動態降噪時相位噪聲較不使用降噪電路和使用RC降噪時均有較大改善，在頻偏20KHz時，使用動態降噪較不使用降噪電路改善達到13dB，在頻偏10KHz時，使用動態降噪較不使用降噪電路改善達到10dB，在頻偏IMHz時，使用動態降噪較不使用降噪電路改善達到5.8dB，而RC降噪改善有限，平均小於6dB，可見，本發明可顯著改善壓控振蕩器噪聲而且不需要採用大面積的RC濾波器。
[0030]上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用於限制本發明。任何本領域技術人員均可在不違背本發明的精神及範疇下，對上述實施例進行修飾與改變。因此，本發明的權利保護範圍，應如權利要求書所列。
【權利要求】
1.一種低相位噪聲的電感電容壓控振蕩器，包括第一鏡像恆流源、第二鏡像恆流源、壓控振蕩器，其特徵在於:所述電感電容壓控振蕩器還包括動態電流源噪聲抑制電路，所述第一鏡像恆流源的輸出連接至所述動態電流源噪聲抑制電路以作為後續電路的偏置，所述所述動態電流源噪聲抑制電路受控於所述壓控振蕩器的輸出，用於在所述壓控振蕩器的輸出高出閾值後關斷偏置電流，其輸出連接至所述第二鏡像恆流源。
2.如權利要求1所述的一種低相位噪聲的電感電容壓控振蕩器，其特徵在於:所述動態電流源噪聲抑制電路包括串聯連接的第五PMOS管與第六PMOS管，所述第六PMOS管漏極接所述第一鏡像恆流源輸出端，源極連接所述第五PMOS管漏極，所述第五PMOS管源極連接至第二鏡像恆流源的偏置輸入端，所述第五PMOS管與第六PMOS管的柵極分別接所述壓控振蕩器的兩輸出端。
3.如權利要求2所述的一種低相位噪聲的電感電容壓控振蕩器，其特徵在於:所述第一鏡像恆流源將基準電流源按1:N鏡像為一較大電流輸出至所述動態電流源噪聲抑制電路用作後續電路的偏置。
4.如權利要求3所述的一種低相位噪聲的電感電容壓控振蕩器，其特徵在於:所述第一鏡像恆流源至少包括基準電流源、柵漏相連的第七NMOS管以及作為鏡像輸出管的第八NMOS管，所述基準電流源連接所述第七NMOS管漏極，所述第八NMOS管漏極連接至所述第六PMOS管漏極，所述第七NMOS管以及第八NMOS管源極接地，柵極互連。
5.如權利要求3所述的一種低相位噪聲的電感電容壓控振蕩器，其特徵在於:所述第二鏡像恆流源將所述動態電流源噪聲抑制電路輸出的偏置電流按1:M鏡像為一較大電流供給所述壓控振蕩器。
6.如權利要求5所述的一種低相位噪聲的電感電容壓控振蕩器，其特徵在於:所述第二鏡像恆流源為典型的PMOS恆流源。
7.如權利要求6所述的一種低相位噪聲的電感電容壓控振蕩器，其特徵在於:所述第二鏡像恆流源至少包括柵漏短接的第二 PMOS管及作為鏡像輸出管的第一 PMOS管，所述第五PMOS管源極連接至所述第二 PMOS管的柵漏短接端，所述第一 PMOS管漏極連接所述壓控振蕩器，所述第一 PMOS管與第二 PMOS管柵極相連，源極均連接電源電壓。
8.如權利要求7所述的一種低相位噪聲的電感電容壓控振蕩器，其特徵在於:所述第一 PMOS管漏極連接所述壓控振蕩器的兩交叉耦合管的源極。
9.如權利要求2所述的一種低相位噪聲的電感電容壓控振蕩器，其特徵在於:所述壓控振蕩器的兩個交叉耦合管的漏極為所述壓控振蕩器的兩輸出端，分別連接所述第五PMOS管與第六PMOS管的柵極。
10.如權利要求1所述的一種低相位噪聲的電感電容壓控振蕩器，其特徵在於:所述壓控振蕩器為電感電容壓控振蕩器。
【文檔編號】H03L7/099GK104485950SQ201410844121
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月25日 優先權日:2014年12月25日
【發明者】陳丹鳳 申請人:上海華虹宏力半導體製造有限公司