一種基於源極退化電容的寬鎖定範圍電流模鎖存分頻器的製造方法
2023-09-21 09:04:05
一種基於源極退化電容的寬鎖定範圍電流模鎖存分頻器的製造方法
【專利摘要】本發明屬於射頻無線接收機集成電路【技術領域】，具體涉及一種應用於無線接收機集成電路中的高頻高速電流模鎖存分頻器（Current-mode?Latched?Frequency?Divider，CML-FD）的設計。一方面，通過在分頻器的交差耦合管源極引入電容陣列提高分頻器的工作頻率；另一方面，通過改變負載MOS管的柵極電壓大小，實現分頻器的負載變化。通過這種設計，電流模鎖存分頻器可以實現較高速以及較寬的工作頻率範圍，並具有一定的可重構性，且節省晶片的面積，適用於多模可重構頻率綜合器。
【專利說明】一種基於源極退化電容的寬鎖定範圍電流模鎖存分頻器
【技術領域】
[0001]本發明屬於射頻無線接收機集成電路【技術領域】，具體涉及應用於無線接收機頻率綜合器中的寬帶電流模鎖存分頻器。尤其是一種基於源極退化電容的寬鎖定範圍電流模鎖存分頻器，其可用於無線廣播、通信和全球定位等技術標準的射頻信號接收機晶片。
【背景技術】
[0002]隨著技術的不斷發展，人們對無線廣播、通信和全球定位等方面的要求越來越高。因此，能夠支持多種模式標準的無線接收機以及未來的軟體定義無線電和認知無線電將是未來無線電發展的一個重要趨勢，並且更高的傳輸速率和更大的信號帶寬也是未來無線電發展的一個重要方向
[0003]通常寬帶頻率綜合器設計中，分頻器的工作頻率與其自激振蕩頻率密切相關，分頻器的自激振蕩頻率越高，則其能工作的頻率也越高，而傳統的電阻負載電流模鎖存分頻器由於自身結構中RC常數的限制，自激振蕩頻率很難做得很高，因此工作頻率上限較低，且在高速工作時需要消耗大量的功耗。因而尤其是需要實現高頻載波輸出的情況下，一般需要採用基於電感的注入鎖定分頻器，這一類分頻器可以工作在載波頻率的二分之一附近，但是鎖定範圍十分有限，很難設計出適用於高頻寬帶的頻率綜合器的分頻器電路，而且在實現正交信號上存在困難。並且由於高頻除法器需要使用電感，這種架構的頻率綜合器在高頻段需要耗費較大的面積。
[0004]另一方面，為了得到通訊協議所要求的載波信號，多模寬帶頻率綜合器通常會使用單邊帶混頻器來進行上變頻操作，使用除法器進行分頻，或者使用倍頻器進行倍頻操作。並用正交壓控振蕩器或者多相濾波器來提供正交信號。
[0005]綜上所述，為了實現多種通訊模式中所需要的載波輸出，未來的多模寬帶頻率綜合器需要一個寬工作範圍、能對壓控振蕩器進行分頻並且能給單邊帶混頻器提供正交信號的高性能電流模鎖存分頻器。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在於提供一種寬頻率範圍的高性能電流模鎖存分頻器，尤其涉及一種基於源極退化電容的寬鎖定範圍電流模鎖存分頻器。
[0007]本發明提供一種應用於無線接收機集成電路中的高頻高速電流模鎖存分頻器(Current-mode Latched Frequency Divider, CML-FD)的設計，其中，通過在分頻器的交差耦合管源極引入電容陣列提高分頻器的工作頻率；通過改變負載MOS管的柵極電壓大小，實現分頻器的負載變化，實現較高速以及較寬的工作頻率範圍。
[0008]本發明還提供了一種具有寬調諧範圍的，能產生正交信號的電流模鎖存分頻器的實現方式，上述實現方式包括兩個電流模鎖存器，同時這兩個鎖存器存在相互耦合的關係；當需要寬調諧範圍時，不同的控制電壓可以使得分頻器覆蓋一個非常寬的工作範圍；另一方面，分頻器通過電晶體耦合的方式來產生正交信號；這兩個相互耦合的電流模鎖存器具有如下相同的結構:
[0009](I) 一對柵極偏壓可變的PMOS負載管；
[0010](2) 一個用來對自諧振頻率進行調諧的可變電容陣列；
[0011](3)—個由2個NMOS管交叉耦合連接而成的負阻產生器；
[0012](4) 一對電平驅動管，用於與另一鎖存器的輸出耦合，產生正交信號；
[0013](5)用來給有源器件提供偏置電流，且電流值可變的偏置電流源陣列；
[0014]同時，可以根據不同的需要來控制電流源陣列，當工作在較低頻率的時候，關掉部分電流源，以節省功耗。
[0015]更具體的，本發明的基於源極退化電容的寬鎖定範圍電流模鎖存分頻器，其特徵在於，其由兩個相同結構的鎖存器構成，每一個鎖存器均包括:
[0016](I)兩個由PMOS管構成的可變負載；
[0017](2) 一個用來對分頻器自諧振頻率進行調諧的可變電容陣列；
[0018](3) 一個由2個NMOS管交叉耦合連接而成的負阻產生器；
[0019](4)兩個用來改變鎖存器動態電平的驅動管；
[0020](5)三個由外部差分時鐘信號來驅動的開關管；
[0021](6)用來給有源器件提供偏置電流，且電流值可變的偏置電流源陣列；
[0022]本發明中，電流模鎖存分頻器能根據外部的控制信號調整PMOS的柵極偏壓而工作在不同的頻率範圍。
[0023]本發明中，電流模鎖存分頻器通過控制可變電容陣列對分頻器的自諧振範圍進行仔細的控制，能讓分頻器的輸入敏感曲線在不同的控制電壓下保證一定的交疊，從而實現較大範圍的分頻。
[0024]本發明中，電流模鎖存分頻器具有線性化功能的可變電容陣列由偏置在三個偏置點的累積型MOS電容組成，偏置均由大阻值電阻進行隔離。
[0025]本發明中，電流模鎖存分頻器通過驅動管的耦合來實現正交信號的輸出。
[0026]本發明中，電流模鎖存分頻器其負阻管的偏置電流由電流源陣列組成，並用開關控制其柵極電壓來控制其通斷。
[0027]本發明中，電流模鎖存分頻器其耦合管的偏置電流由電流源陣列組成，並用開關控制其柵極電壓來控制其通斷。
[0028]本發明的優點有:
[0029]通過在分頻器的交差耦合管源極引入電容陣列提高分頻器的工作頻率；通過改變負載MOS管的柵極電壓大小，實現分頻器的負載變化；本發明的電流模鎖存分頻器可以實現較高速以及較寬的工作頻率範圍，並具有一定的可重構性，且節省晶片的面積，適用於多模可重構頻率綜合器。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0030]圖1本發明的寬帶源極退化電流模分頻器的結構示意圖；
[0031]圖2具有線性化功能的可變電容結構；
[0032]圖3引入源極退化電容的交叉耦合管結構示意圖；
[0033]圖4分頻器輸入敏感函數曲線；[0034]圖5分頻器的正交輸出波形；
[0035]圖中標號:1為線性化可變電容陣列；圖5中紅色的線為分頻器的輸入信號波形，頻率為14GHz，幅度為150mV ;紅色的線為分頻器的I路輸出波形，頻率為7GHz，幅度為2IOmV ;紫色的線為分頻器的Q路輸出波形，頻率為7GHz，幅度為210mV。
【具體實施方式】
[0036]實施例1
[0037]如圖1所示，為本發明的寬帶源極退化電流模分頻器。源極退化電流模分頻器是基於傳統的電流模分頻器的結構的一種改進。由於源極退化電流模分頻器包括兩種調諧方式，因此【具體實施方式】包括對負載電阻的調諧和對負載電容的調諧兩個方面。下面分別從這兩個方面來具體描述。
[0038]所述的源極退化電流模分頻器主要涉及三個方面:可變電容的使用；負阻管電流和柵極偏壓的控制；電阻可變PMOS負載的使用。首先，源極退化電流模分頻器通過圖1中的改變負載PMOS管的柵極電壓VTUNE調節其阻值，通過這種方法，可以使得分頻器的負載的RC常數改變，從而改變分頻器的自振頻率；另外，為了能更好地在源極退化電流模分頻器的性能和功耗間進行折中，源極退化電流模分頻器中負阻管的電流受到尾電流源陣列的控制，控制電流的大小能使源極退化電流模分頻器在一個寬的調諧範圍內始終工作在電流合理的範圍，而不至於由於高頻時電流太小而導致輸出幅度太小；最後，在分頻器的鎖存管的源極引入電容，可以調節分頻器負載的RC常數中的電容，從而改變分頻器的自振頻率。可變電容的大小由Vrfrt控制，調諧曲線如圖4所示。
[0039]與傳統的電流模鎖存分頻器僅僅採用普通的交叉耦合管提供起振所需的負阻不同，本發明中的兩個鎖存器中使用的源極退化電容的交叉耦合管不僅能提供負的電阻，而且能提供負的電容。由於電容的引入還會對交叉耦合管跨導產生影響，可能導致分頻器無法工作。因此，本發明中的源極退化電容對交叉耦合對產生如下的作用:
[0040]分頻器設計中的一個重要考慮是分頻器的自激振蕩頻率，其工作範圍在自激振蕩頻率附近，電流模分頻器的自激振蕩頻率為，
【權利要求】
1.一種基於源極退化電容的電流模鎖存分頻器，其特徵在於，其由兩個相同結構的鎖存器構成，每一個鎖存器均包括: (1)兩個由PMOS管構成的可變負載； (2)—個對分頻器自諧振頻率進行調諧的可變電容陣列； (3)—個由2個NMOS管交叉耦合連接而成的負阻產生器； (4)兩個改變鎖存器動態電平的驅動管； (5)三個由外部差分時鐘信號驅動的開關管； (6)為有源器件提供偏置電流，且電流值可變的偏置電流源陣列；
2.根據權利要求1所述的電流模鎖存分頻器，其特徵在於，所述電流模鎖存分頻器根據外部的控制信號調整PMOS的柵極偏壓而工作在不同的頻率範圍。
3.根據權利要求1所述的電流模鎖存分頻器，其特徵在於，所述電流模鎖存分頻器通過控制可變電容陣列對分頻器的自諧振範圍進行控制，使分頻器的輸入敏感曲線在不同的控制電壓下保證交疊，實現較大範圍的分頻。
4.根據權利要求1所述的電流模鎖存分頻器，其特徵在於，所述可變電容陣列由偏置在三個偏置點的累積型MOS電容組成，具有線性化功能；所述的偏置由大阻值電阻進行隔離。
5.根據權利要求1所述的電流模鎖存分頻器，其特徵在於，所述電流模鎖存分頻器中，通過驅動管的耦合實現正交信號的輸出。
6.根據權利要求1所述的電流模鎖存分頻器，其特徵在於，所述電流模鎖存分頻器中的負阻管的偏置電流由電流源陣列組成，用開關控制其柵極電壓控制其通斷。
7.根據權利要求1所述的電流模鎖存分頻器，其特徵在於，所述電流模鎖存分頻器中的耦合管的偏置電流由電流源陣列組成，用開關控制其柵極電壓控制其通斷。
【文檔編號】H03K23/42GK103684424SQ201210353242
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年9月20日 優先權日:2012年9月20日
【發明者】李巍, 周涵超, 牛楊楊, 李寧, 任俊彥 申請人:復旦大學