壓控振蕩器的製造方法
2023-06-01 14:29:06
壓控振蕩器的製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種壓控振蕩器，包括雙極型壓控振蕩器單元和輸出緩衝器單元。雙極型壓控振蕩器單元具有差分結構，包括LC諧振電路模塊和負阻電路模塊。LC諧振電路模塊用於產生所需振蕩頻率的第一振蕩信號。負阻電路模塊包括一對第一雙極型電晶體組成。輸出緩衝單元包括兩個第二雙極型電晶體，兩個第二雙極型電晶體的基極分別連接一個LC諧振電路模塊的第一輸出埠，兩個第二雙極型電晶體的發射極作為壓控振蕩器的兩個第二輸出埠並輸出第二振蕩信號的差分對。本發明能提高振蕩信號的功率，能在不改變振蕩信號的振蕩頻率條件下降低電路的相位噪聲，能實現在射頻探針臺上對振蕩信號的射頻參數進行在線測試。
【專利說明】
壓控振蕩器
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種半導體集成電路，特別是涉及一種壓控振蕩器。
【背景技術】
[0002]振蕩器是將直流電源能量轉換成交流能量的電路。為了在沒有外部輸入信號的情況下能夠產生自我維持的輸出振蕩信號即射頻信號，振蕩器本身必須有正反饋和足夠的增益以克服反饋路徑上的損耗，同時還需要有選頻網絡。
[0003]許多應用需要振蕩器的頻率是控制電壓的函數，並且是可調的，壓控振蕩器就滿足了這一要求，如圖1所示，是現有壓控振蕩器的電路結構圖；現有壓控振蕩器包括:
[0004]LC諧振電路模塊，用於產生所需振蕩頻率的振蕩信號，由電感L101、L102,電容C101、C102、C103和C104,電阻RlOl和R102。電感LlOl和L102為對稱設置，電感LlOl和L102的第一端都連接電源電壓VDD，電感LlOl和L102的第二端分別輸出差分的振蕩信號Voutn 和 VoutP。
[0005]負阻電路模塊，用於對LC諧振電路的能量損耗進行補償，包括NPN電晶體麗101和麗102，NPN電晶體麗101和麗102的集電極分別連接電感LlOl和L102的第二端，NPN電晶體MNlOl和MN102的發射極都連接電流源Ibias。電容ClOl和C102為對稱設置，電容ClOl連接於電感LlOl的第二端和NPN電晶體MN102的基極之間，電容C102連接於電感L102的第二端和NPN電晶體麗101的基極之間，電容ClOl和C102能夠分別為所述NPN電晶體MN102和MNlOl提供一正反饋信號。
[0006]電阻RlOl和R102為對稱設置，電阻RlOl和R102串聯於NPN電晶體MNlOl和麗102的基極之間，電阻RlOl和R102的連接位置處設置有偏置電壓Vb，電阻RlOl和R102為所述NPN電晶體麗102和麗101提供一偏置電壓。
[0007]電感C103和C104為對稱設置，電感C103連接於NPN電晶體麗101的基極和地之間，電感C104連接於NPN電晶體麗102的基極和地之間，電感C103和C104用於進行濾波。
[0008]衡量一個壓控振蕩器的性能主要包含了以下幾個方面的參數指標:中心頻率(center frequency),調諧範圍(tuning range),調諧線性度(tuning linearity),輸出幅度(output amplitude),相位噪聲(phase noise),電源和共模抑制比(supply andcommon-mode reject1n),功耗(power dissipat1n)等，為了準確測試出以上的射頻參數，通常會將其設計成在射頻探針臺上在線測試，但是由於頻率較高的振蕩器的輸出幅度較小，有時無法測試出振蕩信號。
【發明內容】
[0009]本發明所要解決的技術問題是提供一種壓控振蕩器，能夠提高電路輸出的振蕩信號的功率，能在不改變電路輸出的振蕩信號的振蕩頻率條件下降低電路的相位噪聲，能夠實現在射頻探針臺上對電路輸出的振蕩信號的射頻參數進行在線測試。
[0010]為解決上述技術問題，本發明提供的壓控振蕩器包括:雙極型壓控振蕩器單元和輸出緩衝器單元。
[0011]所述雙極型壓控振蕩器單元具有差分結構，包括LC諧振電路模塊和負阻電路模塊。
[0012]所述LC諧振電路模塊用於產生所需振蕩頻率的第一振蕩信號，所述LC諧振電路模塊包括兩個第一輸出埠用於輸出所述第一振蕩信號的差分對。
[0013]所述負阻電路模塊包括一對第一雙極型電晶體，兩個所述第一雙極型電晶體的集電極分別和一個所述第一輸出埠相連接，兩個所述第一雙極型電晶體的基極分別連接一反饋信號，各所述第一雙極型電晶體的基極的反饋信號和集電極連接的第一振蕩信號的相位相反，兩個所述第一雙極型電晶體的發射極連接第一電流源，所述負阻電路模塊用於對所述LC諧振電路的能量損耗進行補償。
[0014]所述輸出緩衝單元包括兩個第二雙極型電晶體，兩個所述第二雙極型電晶體的基極分別連接一個所述第一輸出埠，兩個所述第二雙極型電晶體的發射極作為所述壓控振蕩器的兩個第二輸出埠，所述第二輸出埠輸出第二振蕩信號的差分對，所述第二振蕩信號為所述第一振蕩信號的緩衝信號，所述第二振蕩信號和所述第一振蕩信號的振蕩頻率相同；所述第二雙極型電晶體分別和一個第二電流源連接。
[0015]進一步的改進是，所述LC諧振電路包括:第一電感、第一電容、第二電容、第三電容、第四電容、第一電阻和第二電阻。
[0016]所述第一電容和所述第二電容為相同的可變電容且相串聯，所述第一電容和所述第二電容都和控制電壓連接，所述控制電壓控制所述第一電容和所述第二電容的大小並調節所述振動頻率大小。
[0017]由所述第一電容和所述第二電容連接形成的串聯結構和所述第一電感相併聯，所述第一電感的兩端作為兩個所述第一輸出埠。
[0018]所述第一雙極型電晶體都為NPN電晶體，所述第三電容連接於一個所述第一雙極型電晶體的集電極和另一個第一雙極型電晶體的基極之間，所述第四電容連接於另一個所述第一雙極型電晶體的集電極和一個第一雙極型電晶體的基極之間，所述第三電容和所述第四電容的電容值大小相同。
[0019]所述第一電阻和所述第二電阻串聯於兩個所述第一雙極型電晶體的基極之間，所述第一電阻和所述第二電阻的電阻值大小相同。
[0020]進一步的改進是，所述輸出緩衝單元的兩個第二雙極型電晶體都為NPN電晶體。
[0021]本發明壓控振蕩器採用了雙極型壓控振蕩器單元和輸出緩衝器單元，輸出緩衝器單兀能夠使電路的驅動能力提聞，從而能夠實現電路的/[目號放大，驅動能力的提聞使得電路能夠提高推動片外的測試負載的能力，能夠實現在射頻探針臺上對電路輸出的振蕩信號的射頻參數進行在線測試；本發明能夠提高電路輸出的振蕩信號的功率，能在不改變電路輸出的振蕩信號的振蕩頻率條件下降低電路的相位噪聲並提高電路性能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細的說明:
[0023]圖1是現有壓控振蕩器的電路結構圖；
[0024]圖2是本發明實施例壓控振蕩器的電路結構圖。
【具體實施方式】
[0025]如圖2所示，是本發明實施例壓控振蕩器的電路結構圖。本發明實施例壓控振蕩器包括:雙極型壓控振蕩器單元I和輸出緩衝器單元2a和2b。雙極型壓控振蕩器單元I為全差分結構，能夠輸出一對第一振蕩信號的差分對；輸出緩衝器單元2a和輸出緩衝器單元2b為對稱設置，能夠分別對第一振蕩信號的差分對進行緩衝後輸出。
[0026]所述雙極型壓控振蕩器單元I包括LC諧振電路模塊和負阻電路模塊。
[0027]所述LC諧振電路模塊用於產生所需振蕩頻率的第一振蕩信號，所述LC諧振電路模塊包括兩個第一輸出埠用於輸出所述第一振蕩信號的差分對。
[0028]所述負阻電路模塊包括一對第一雙極型電晶體MNl和MN2，第一雙極型電晶體MNl和MN2為相同的結構且對稱設置。兩個所述第一雙極型電晶體MNl和MN2的集電極分別和一個所述第一輸出埠相連接，兩個所述第一雙極型電晶體MNl和MN2的基極分別連接一反饋信號，各所述第一雙極型電晶體MNl和MN2的基極的反饋信號和集電極連接的第一振蕩信號的相位相反，兩個所述第一雙極型電晶體MNl和MN2的發射極連接第一電流源，所述負阻電路模塊用於對所述LC諧振電路的能量損耗進行補償。所述第一電流源由第五NPN電晶體麗5組成，所述第五NPN電晶體麗5的集電極和第一雙極型電晶體麗I和麗2的發射極相連，所述第五NPN電晶體MN5的發射極接地GND，所述第五NPN電晶體MN5的基極接偏置電壓Vbias。
[0029]本發明實施例所述LC諧振電路包括:第一電感L1、第一電容Cl、第二電容C2、第三電容C3、第四電容C4、第一電阻Rl和第二電阻R2。所述LC諧振電路和所述負阻電路模塊一起形成一諧振迴路並實現振蕩。
[0030]所述第一電容Cl和所述第二電容C2為相同的可變電容且相串聯，所述第一電容Cl和所述第二電容C2都和控制電壓Vtune連接，所述控制電壓Vtune控制所述第一電容Cl和所述第二電容C2的大小並調節所述振動頻率大小。
[0031]由所述第一電容Cl和所述第二電容C2連接形成的串聯結構和所述第一電感LI相併聯，所述第一電感LI的兩端作為兩個所述第一輸出埠。
[0032]所述第一雙極型電晶體麗I和麗2都為NPN電晶體，所述第三電容C3連接於一個所述第一雙極型電晶體MNl的集電極和另一個第一雙極型電晶體MN2的基極之間，所述第四電容C4連接於另一個所述第一雙極型電晶體MN2的集電極和一個第一雙極型電晶體MNl的基極之間，所述第三電容C3和所述第四電容C4的電容值大小相同。所述第三電容C3能夠將所述第一雙極型電晶體MNl的集電極端輸出的第一振蕩信號稱合到所述第一雙極型電晶體MN2的基極，並使所述第一雙極型電晶體MN2形成一正反饋；所述第四電容C4能夠將所述第一雙極型電晶體MN2的集電極端輸出的第一振蕩信號耦合到所述第一雙極型電晶體MNl的基極，並使所述第一雙極型電晶體MNl形成一正反饋。
[0033]所述第一電阻Rl和所述第二電阻R2串聯於兩個所述第一雙極型電晶體麗I和MN2的基極之間，所述第一電阻Rl和所述第二電阻R2的電阻值大小相同。通過在所述第一電阻Rl和所述第二電阻R2的連接端加入偏置電壓後能夠實現所述第一雙極型電晶體MNl和麗2的直流偏置。
[0034]所述輸出緩衝單元包括兩個第二雙極型電晶體MN3和MN4，第二雙極型電晶體MN3和第二雙極型電晶體MN4為相同的結構且對稱設置，且所述第二雙極型電晶體MN3和MN4都為NPN電晶體。兩個所述第二雙極型電晶體MN3和MN4的基極分別連接一個所述第一輸出埠，兩個所述第二雙極型電晶體MN3和MN4的發射極作為所述壓控振蕩器的兩個第二輸出埠，所述第二輸出埠輸出第二振蕩信號的差分對Voutp和Voutn,所述第二振蕩信號Voutp和Voutn為所述第一振蕩信號的緩衝信號,所述第二振蕩信號Voutp和Voutn和所述第一振蕩信號的振蕩頻率相同。所述第二雙極型電晶體MN3和MN4的發射極分別和一個第二電流源連接，所述第二雙極型電晶體麗3和MN4的集電極分別連接電源電壓VDD。兩個所述第二電流源分別由第六NPN電晶體MN6和第七NPN電晶體麗7組成，所述第六NPN電晶體MN6的集電極和所述第二雙極型電晶體MN3的發射極相連，所述第七NPN電晶體麗7的集電極和所述第二雙極型電晶體MN4的發射極相連，所述第六NPN電晶體MN6和所述第七NPN電晶體麗7的發射極接地GND，所述第六NPN電晶體MN6和所述第七NPN電晶體麗7的基極接偏置電壓Vbias。
[0035]本發明實施例採用雙極型壓控振蕩器單元結構，並採用了全差分的電路結構，以及採用了具有大驅動能力的輸出緩衝器，輸出緩衝器單元能夠使電路的驅動能力提高，從而能夠實現電路的信號放大，能夠提高電路輸出的振蕩信號的功率。公式(I)給出了相位噪聲的Leeson公式:
[0036]l(A ω ) = 1lgif^ [l + ?^^)? (l ^⑴
\ Pgig ■ \2QA w J ■ V.]Δ j /J
[0037]其中F為經驗值，由測量確定；Λ ω ^f3是與器件噪聲特性相關的一個擬合參數；Q為諧振電路的Q值；Psig為信號功率；Wtl為振蕩頻率；Λ ω為頻率偏移量。
[0038]由公式(I)可知，信號功率Psig增加後，能夠降低相位噪聲，所以本發明實施例能在不改變電路輸出的振蕩信號的振蕩頻率條件下降低電路的相位噪聲並提高電路性能。另夕卜，由於本發明實施例的振蕩信號放大後輸出幅度較大，故能夠實現在射頻探針臺上對電路輸出的振蕩信號的射頻參數進行在線測試。通過在線測試波形可以看出，本發明實施例能夠得到主頻工作在2.39GHz的頻率，輸出功率為8.82dBm。
[0039]以上通過具體實施例對本發明進行了詳細的說明，但這些並非構成對本發明的限制。在不脫離本發明原理的情況下，本領域的技術人員還可做出許多變形和改進，這些也應視為本發明的保護範圍。
【權利要求】
1.一種壓控振蕩器，其特徵在於，壓控振蕩器包括:雙極型壓控振蕩器單元和輸出緩衝器單元； 所述雙極型壓控振蕩器單元具有差分結構，包括LC諧振電路模塊和負阻電路模塊； 所述LC諧振電路模塊用於產生所需振蕩頻率的第一振蕩信號，所述LC諧振電路模塊包括兩個第一輸出埠用於輸出所述第一振蕩信號的差分對； 所述負阻電路模塊包括一對第一雙極型電晶體，兩個所述第一雙極型電晶體的集電極分別和一個所述第一輸出埠相連接，兩個所述第一雙極型電晶體的基極分別連接一反饋信號，各所述第一雙極型電晶體的基極的反饋信號和集電極連接的第一振蕩信號的相位相反，兩個所述第一雙極型電晶體的發射極連接第一電流源，所述負阻電路模塊用於對所述LC諧振電路的能量損耗進行補償； 所述輸出緩衝單元包括兩個第二雙極型電晶體，兩個所述第二雙極型電晶體的基極分別連接一個所述第一輸出埠，兩個所述第二雙極型電晶體的發射極作為所述壓控振蕩器的兩個第二輸出埠，所述第二輸出埠輸出第二振蕩信號的差分對，所述第二振蕩信號為所述第一振蕩信號的緩衝信號，所述第二振蕩信號和所述第一振蕩信號的振蕩頻率相同；所述第二雙極型電晶體分別和一個第二電流源連接。
2.如權利要求1所述壓控振蕩器，其特徵在於: 所述LC諧振電路包括:第一電感、第一電容、第二電容、第三電容、第四電容、第一電阻和第二電阻； 所述第一電容和所述第二電容為相同的可變電容且相串聯，所述第一電容和所述第二電容都和控制電壓連接，所述控制電壓控制所述第一電容和所述第二電容的大小並調節所述振動頻率大小； 由所述第一電容和所述第二電容連接形成的串聯結構和所述第一電感相併聯，所述第一電感的兩端作為兩個所述第一輸出埠； 所述第一雙極型電晶體都為NPN電晶體，所述第三電容連接於一個所述第一雙極型電晶體的集電極和另一個第一雙極型電晶體的基極之間，所述第四電容連接於另一個所述第一雙極型電晶體的集電極和一個第一雙極型電晶體的基極之間，所述第三電容和所述第四電容的電容值大小相同； 所述第一電阻和所述第二電阻串聯於兩個所述第一雙極型電晶體的基極之間，所述第一電阻和所述第二電阻的電阻值大小相同。
3.如權利要求1所述壓控振蕩器，其特徵在於:所述輸出緩衝單元的兩個第二雙極型電晶體都為NPN電晶體。
【文檔編號】H03B5/32GK104184415SQ201310190874
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2013年5月22日 優先權日:2013年5月22日
【發明者】朱紅衛, 唐敏, 劉國軍, 趙鬱煒 申請人:上海華虹宏力半導體製造有限公司