一種高精度lc正交壓控振蕩器的裝置的製作方法
2023-07-02 01:32:06
專利名稱：一種高精度lc正交壓控振蕩器的裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及ー種振蕩器的裝置，尤其是涉及ー種高精度LC正交壓控振蕩器的裝置。
背景技術：
LC正交壓控振蕩器由於具有低相噪、低功耗，寬頻率調諧範圍的優點而應用於GPS接收晶片中，為接收系統提供正交的本振信號(fn = 1575. 42MHz)。但是LC正交壓控振蕩器存在雙峰振蕩現象LC正交壓控振蕩器的耦合路徑上的相位移量0 (包括互連線上的分布式RC效應，MOS晶體的柵極電阻，電晶體的延遲效應，LC諧振迴路的串聯損耗)對振蕩器的頻率進行調製，使得輸出信號的頻率以LC諧振迴路的諧振頻率為中心發生正向偏 移或負向偏移，振蕩器的頻率精度發生了衰減。
實用新型內容本實用新型主要是解決現有技術所存在的技術問題；提供了ー種採用該電路來調整LC正交壓控振蕩器耦合路徑的相位移量，提高輸出信號的頻率精度的ー種高精度LC正交壓控振蕩器的裝置。本實用新型的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的ー種高精度LC正交壓控振蕩器的裝置，其特徵在於，包括ー個LC正交壓控振蕩器以及四個RC壓控移相器，所述RC壓控移相器的輸入端接LC正交壓控振蕩器的耦合路徑的一端，RC壓控移相器的輸出端接LC正交壓控振蕩器的耦合路徑的另一端。在上述的ー種高精度LC正交壓控振蕩器的裝置，LC正交壓控振蕩器包括兩個對稱的第一 LC壓控振蕩器和第二 LC壓控振蕩器，以及兩對耦合電晶體差分對；Mcs3,Mcs4);所述耦合電晶體差分對Mesl，耦合電晶體差分對Mes2的漏極分別同所述第一 LC壓控振蕩器的差分輸出端QN，QP相連，所述耦合電晶體差分對Mesl，耦合電晶體差分對Mes2的柵極分別同所述第二 LC壓控振蕩器的耦合路徑端INI，IPl相連，所述耦合電晶體差分對Mc^耦合電晶體差分對As2的源極同電流源1。31相連；所述耦合電晶體差分對Mc^，耦合電晶體差分對Mc^4的漏極分別同所述第二 LC壓控振蕩器的差分輸出端IP，IN相連，所述耦合電晶體差分對Mc^耦合電晶體差分對Mes4的柵極分別同所述第一 LC壓控振蕩器的耦合路徑端QNl, QPl相連，所述耦合電晶體差分對Mes3,耦合電晶體差分對Mes4的源極同電流源Ies2相連。在上述的ー種高精度LC正交壓控振蕩器的裝置，LC正交壓控振蕩器還包括ー對串聯連接的對稱LC並聯諧振迴路，以及ー對壓控振蕩器核電晶體差分對(Msw1，Msw2)和ー對壓控振蕩器核電晶體差分對(Msw3，Msw4);所述壓控振蕩器核電晶體差分對Mswl，壓控振蕩器核電晶體差分對Msw2的漏極分別同第一 LC壓控振蕩器的差分輸出端QN，QP相連，所述壓控振蕩器核電晶體差分對Mswl，壓控振蕩器核電晶體差分對Msw2的柵極分別同第一 LC壓控振蕩器的差分輸出端QP，QN相連，所述壓控振蕩器核電晶體差分對Mswl，壓控振蕩器核電晶體差分對Msw2的源極同電流源Iswl相連；所述壓控振蕩器核電晶體差分對Msw3，壓控振蕩器核電晶體差分對Msw4的漏極分別同第二 LC壓控振蕩器的差分輸出端IP，IN相連，所述壓控振蕩器核電晶體差分對Msw3，壓控振蕩器核電晶體差分對Msw4的柵極分別同第二 LC壓控振蕩器的差分輸出端IN，IP相連，所述壓控振蕩器核電晶體差分對Msw3，壓控振蕩器核電晶體差分對Msw4的源極同電流源Isw2相連。在上述的ー種高精度LC正交壓控振蕩器的裝置，RC壓控移相器包括ー個NMOS電晶體M1,以及一端分別接NMOS電晶體M1漏極的隔直電容Cdl和接NMOS電晶體M1源極的隔直電容Cd2，所述隔直電容Cdl另一端通過一反型MOS管電容串聯對接隔直電容Cd3，所述反型MOS管電容串聯對包括反型MOS管電容C1和反型MOS管電容C2 ;所述反型MOS管電容C1和反型MOS管電容C2上分別並聯有一穩壓電阻R3和穩壓電阻R4 ;所述隔直電容Cd2另一端通過電阻R5接在隔直電容Cd3上，所述反型MOS管電容C1和反型MOS管電容C2之間還接有一穩壓電阻R6,該RC壓控移相器還包括一個串接在NMOS電晶體M1的漏極和源極上用於調節NMOS電晶體M1的漏極，源極的端電壓的電阻R1和電阻R2。因此，本實用新型具有如下優點1.設計合理，結構簡單且完全實用；2.採用該電路來調整LC正交壓控振蕩器耦合路徑的相位移量，提高輸出信號的頻率精度。
圖I是本實用新型中的LC正交壓控振蕩器的電路原理圖；圖2是本實用新型中的RC壓控移相器的電路原理圖；圖3是本實用新型中的RC壓控移相器的交流小信號等效電路；圖4是本實用新型中的RC壓控移相器的相頻特性；圖5是本實用新型中的RC壓控移相器在LC正交壓控振蕩器中的使用狀態示意圖；圖6a是本實用新型中的RC壓控移相器調諧LC正交壓控振蕩器的振蕩頻率的仿真結果中當耦合路徑的相移0於第四象限範圍內變化吋，LC正交壓控振蕩器輸出頻率的變化範圍及輸出信號的振幅變化範圍；圖6b是本實用新型中的RC壓控移相器調諧LC正交壓控振蕩器的振蕩頻率的仿真結果中以A = 4 (振蕩頻率f = 1604. 18MHz，振幅392. 5mV)為例，說明RC壓控移相器調諧LC正交壓控振蕩器的輸出頻率。
具體實施方式
下面通過實施例，並結合附圖，對本實用新型的技術方案作進ー步具體的說明。實施例
以下結合附圖及實施例，對本實用新型作進ー步詳細的描述。參見圖1，本實用新型中的LC正交壓控振蕩器包括兩個對稱的第一 LC壓控振蕩器、2 (圖I虛線框內部分)，以及兩對耦合電晶體差分對；Mcs3,Mcs4)。所述LC壓控振蕩器部分主要包括ー對串聯連接的對稱LC並聯諧振迴路，以及ー對壓控振蕩器核電晶體差分對(Msw1，Msw2)和一對壓控振蕩器核電晶體差分對(Msw3，Msw4)。所述第一 LC壓控振蕩器和2通過兩對耦合電晶體差分對(Mc^pMes2 ；Mcs3,Mcs4)完成正交耦合作用，構成LC正交壓控振蕩器。其中VD。表示直流電壓源，Vtum是ー個調諧電壓，改變調諧電壓Vtum的大小，可改變電容C的容值。Iswl和Isw2分別表示流入VCO核電晶體差分對Mswl，Msw2和Msw3，Msw4的電流，Icsi和し2分別表示流入耦合電晶體差分對Mesl，Mcs2和Mes3，Mcs4的電流。0表示LC正交壓控振蕩器四條耦合路徑(IP — IPl, IN — INI, QP — QPl, QN — QNl)上的相位移量。圖2是本實用新型提出的RC壓控移相器，RC壓控移相器包括ー個NMOS電晶體M1,以及一端分別接NMOS電晶體M1漏極的隔直電容Cdl和接NMOS電晶體M1源極的隔直電容Cd2，所述隔直電容Cdl另一端通過一反型MOS管電容串聯對接隔直電容Cd3，所述反型MOS管電容串聯對包括反型MOS管電容C1和反型MOS管電容C2 ;所述反型MOS管電容C1和反型MOS管電容C2上分別並聯有一穩壓電阻R3和穩壓電阻R4 ;所述隔直電容Cd2另一端通過電阻R5接在隔直電容Cd3上，所述反型MOS管電容C1和反型MOS管電容C2之間還接有ー穩壓電阻R6,該RC壓控移相器還包括一個串接在NMOS電晶體M1的漏極和源極上用於調節NMOS電晶體M1的漏極，源極的端電壓的電阻R1和電阻R2。 RC壓控移相器採用NMOS電晶體(M1)分相，採用反型MOS管電容串聯對(C1, C2)作為可調電容，和分相NMOS電晶體源極引出的電阻(R5)組成RC壓控移相器。其中電阻R1,R2用於調節NMOS電晶體M1的漏極，源極的端電壓。Cdl，Cd2, Cd3表示隔直電容。R3，R4, R6表示穩壓電阻。Vbias表示可調電容正端的正偏置電壓，Vrfri表示可調電容負端的控制電壓。對於分相NMOS電晶體(M1)的漏極容抗臂對於高頻交流信號，由於R3, R4和R6比變容管(CpC2)的容抗和內阻大得多，故不考慮其影響。隔直電容(Cdl)比變容管電容(C1,C2)大得多，容抗很小，可以忽略不計。假定變容管串聯對的等效容值和等效阻值分別為cv，Rs。對於分相NMOS電晶體(M1)的源極電阻臂，假定電阻R5的等效阻值為R，l/(J Cd2)〈〈R。Cd2對交流的影響可以忽略。由此，RC壓控移相器的等效電路如圖3所示，其中Rtjut表示RC壓控移相器的等效輸出電阻。對於RC壓控移相器，可以認為電容Cv的等效內阻Rs = 0，Rout —⑴，則RC壓控移相器的傳輸函數可以表示為『)=纖(1)由公式⑴可見RC壓控移相器的最大移相範圍可達到-180°。對RC壓控移相器作交流分析，在輸入端加ー個頻率為1575. 42MHz的高頻交流電壓信號，設定可調電容的正端正偏置電壓Vbias=L 8V，調整電阻R1, R2的阻值，確保分相NMOS電晶體(M1)的漏、源兩級的端電壓大小相等，方向相反，得到可調電容負端控制電壓Vetri在OV — I. 8V變化範圍內的RC壓控移相器的移相範圍，調整電阻R5的阻值，保證移相範圍達到最大值。由圖4可見，RC壓控移相器在頻率1575. 42MHz時的移相範圍近似等於-180°。本實用新型由四個相同的移相範圍近似為-180 °的RC壓控移相器組成(參見圖5)，它們分置於LC正交壓控振蕩器的四條耦合路徑上(IP — IPl, IN — INI, QP — QPl, QN — QNl)，改變RC壓控移相器的控制電壓Vctrl，調節RC壓控移相器的相移，當LC正交壓控振蕩器的耦合路徑的總相移近似為±90°時，輸出信號的頻率f近似為LC諧振迴路的諧振頻率f。。下面舉例說明RC壓控移相器調諧LC正交壓控振蕩器的振蕩頻率f，其中LC正交壓控振蕩器電路工作參數為VDC = I. 8V, L = 3nH，C = 3401. 9fF，f。= 1575. 42MHz, Iswl =Isw2 = 3mA, Icsl = Ics2 = 3mA。LC諧振迴路採用理想電容，則電容C的串聯損耗r。= 0，LC諧振迴路的串聯損耗近似為電感L的串聯損耗ri。由電感串聯損耗F1引起的耦合路徑的相移0 G (-90°，0° )，LC正交壓控振蕩器的輸出頻率關於f。發生正向偏移。圖6(a)提供了巧=3 — 10時，振蕩頻率的變化範圍1587. 86MHz — 1655. 78MHz，振幅的變化範圍:496. 315mV — 174. 994mV。以 T1 = 4 (振蕩頻率 f = 1604. 18MHz，振幅 392. 5mV)為例，說明RC壓控移相器調諧LC正交壓控振蕩器的輸出頻率由圖6 (b)可見，當RC壓控移相器的控制電壓Vrtri = I. 29V吋，LC正交壓控振蕩器的振幅等於524. 8mV，耦合路徑相位偏移-20. 5°，耦合路徑總相移近似等於-90°，振蕩頻率f= 1574. 94MHz，振蕩頻率相對於f。而言，頻率精度達到了 10_4數量級。本文中所描述的具體實施例僅僅是對本實用新型精神作舉例說明。本實用新型所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或採用類似的方式替代，但並不會偏離本實用新型的精神或者超越所附權利要求書所定義的範圍。
權利要求1.ー種高精度LC正交壓控振蕩器的裝置，其特徵在於，包括ー個LC正交壓控振蕩器以及四個RC壓控移相器，所述RC壓控移相器的輸入端接LC正交壓控振蕩器的耦合路徑的ー端，RC壓控移相器的輸出端接LC正交壓控振蕩器的耦合路徑的另一端。
2.根據權利要求I所述的ー種高精度LC正交壓控振蕩器的裝置，其特徵在幹，LC正交壓控振蕩器包括兩個對稱的第一 LC壓控振蕩器和第二 LC壓控振蕩器，以及兩對耦合電晶體差分對Mesl,Mcs2 ；Mcs3,Mcs4 ;所述稱合電晶體差分對Mesl,稱合電晶體差分對Mes2的漏極分別同所述第一 LC壓控振蕩器的差分輸出端QN，QP相連，所述耦合電晶體差分對Mesl，耦合電晶體差分對Mes2的柵極分別同所述第二 LC壓控振蕩器的耦合路徑端INl，IPl相連，所述耦合電晶體差分對Md，耦合電晶體差分對As2的源極同電流源1。31相連；所述耦合電晶體差分對Mc^,耦合電晶體差分對Mes4的漏極分別同所述第二 LC壓控振蕩器的差分輸出端IP，IN 相連，所述耦合電晶體差分對Mc^,耦合電晶體差分對Mes4的柵極分別同所述第一 LC壓控振蕩器的耦合路徑端QNl，QPl相連，所述耦合電晶體差分對Mes3，耦合電晶體差分對Mes4的源極同電流源1。,2相連。
3.根據權利要求I或2所述的ー種高精度LC正交壓控振蕩器的裝置，其特徵在幹，LC正交壓控振蕩器還包括ー對串聯連接的對稱LC並聯諧振迴路，以及ー對壓控振蕩器核電晶體差分對化がMsw2和一對壓控振蕩器核電晶體差分對Msw3，Msw4;所述壓控振蕩器核電晶體差分對Mswl,壓控振蕩器核電晶體差分對Msw2的漏極分別同第一 LC壓控振蕩器的差分輸出端QN，QP相連，所述壓控振蕩器核電晶體差分對Mswl，壓控振蕩器核電晶體差分對Msw2的柵極分別同第一 LC壓控振蕩器的差分輸出端QP，QN相連，所述壓控振蕩器核電晶體差分對Mswl，壓控振蕩器核電晶體差分對Msw2的源極同電流源Iswl相連；所述壓控振蕩器核電晶體差分對Msw3,壓控振蕩器核電晶體差分對Msw4的漏極分別同第二 LC壓控振蕩器的差分輸出端IP，IN相連，所述壓控振蕩器核電晶體差分對Msw3，壓控振蕩器核電晶體差分對Msw4的柵極分別同第二 LC壓控振蕩器的差分輸出端IN，IP相連，所述壓控振蕩器核電晶體差分對Msw3，壓控振蕩器核電晶體差分對Msw4的源極同電流源Isw2相連。
4.根據權利要求I所述的ー種高精度LC正交壓控振蕩器的裝置，其特徵在幹，RC壓控移相器包括ー個NMOS電晶體M1,以及一端分別接NMOS電晶體M1漏極的隔直電容Cdl和接NMOS電晶體M1源極的隔直電容Cd2，所述隔直電容Cdl另一端通過一反型MOS管電容串聯對接隔直電容Cd3，所述反型MOS管電容串聯對包括反型MOS管電容C1和反型MOS管電容C2 ;所述反型MOS管電容C1和反型MOS管電容C2上分別並聯有一穩壓電阻R3和穩壓電阻R4 ；所述隔直電容Cd2另一端通過電阻R5接在隔直電容Cd3上，所述反型MOS管電容C1和反型MOS管電容C2之間還接有一穩壓電阻R6,該RC壓控移相器還包括一個串接在NMOS電晶體M1的漏極和源極上用於調節NMOS電晶體M1的漏極，源極的端電壓的電阻R1和電阻R2。
專利摘要本實用新型涉及一種高精度LC正交壓控振蕩器的裝置由LC正交壓控振蕩器和RC壓控移相器組成。本實用新型專利中，LC正交壓控振蕩器的耦合路徑的一端接RC壓控移相器的輸入端，耦合路徑的另一端接RC壓控移相器的輸出端。調節RC壓控移相器的調諧電壓，改變RC壓控移相器的相位移量，調節耦合路徑的總相移，提高LC正交壓控振蕩器輸出信號的頻率精度。
文檔編號H03B5/04GK202406087SQ20112052864
公開日2012年8月29日 申請日期2011年12月16日 優先權日2011年12月16日
發明者劉經南, 江金光, 趙靜 申請人:武漢大學