一種基于環(huán)形結(jié)構(gòu)的正交推-推壓控振蕩器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于環(huán)形結(jié)構(gòu)的正交推-推壓控振蕩器，包括四級(jí)延遲單元，本發(fā)明利用四級(jí)反相放大器構(gòu)成的環(huán)形振蕩器中輸出信號(hào)之間的相位關(guān)系、結(jié)合諧波選擇元件抽取各輸出信號(hào)中的二次諧波，所抽取的二次諧波相位互為正交，作為環(huán)形結(jié)構(gòu)的輸出，形成正交輸出的推-推壓控振蕩器。該結(jié)構(gòu)在工藝受限情況下，可以有效提高正交本振輸出信號(hào)的頻率，為毫米波、亞毫米波、特別是太赫茲頻段收發(fā)前端提供高品質(zhì)正交本振信號(hào)。
【專利說(shuō)明】
一種基于環(huán)形結(jié)構(gòu)的正交推-推壓控振蕩器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微電子學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種基于環(huán)形結(jié)構(gòu)的正交推-推壓控振蕩器。

【背景技術(shù)】
[0002]無(wú)線收發(fā)前端根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，可以分為超外差接收機(jī)、低中頻接收機(jī)及零中頻接收機(jī)，其中零中頻接收機(jī)由于可以實(shí)現(xiàn)單片集成，受到越來(lái)越多的關(guān)注。在這種結(jié)構(gòu)中，射頻信號(hào)與互為正交的兩路本振信號(hào)混頻，直接產(chǎn)生基帶信號(hào)。正交兩路本振信號(hào)的相位誤差和幅度失配會(huì)直接影響接收機(jī)鏡像抑制能力和解調(diào)性能。同時(shí)，由于產(chǎn)生本振信號(hào)的電路工作在電路的最高頻率處，其頻率輸出能力和功耗等決定著整個(gè)接收機(jī)的接收頻率和功耗。因此，零中頻接收機(jī)中正交本振信號(hào)的產(chǎn)生是非常關(guān)鍵的。
[0003]在射頻電路中，可以采用無(wú)源多相濾波器來(lái)產(chǎn)生正交本振信號(hào)，如圖1所示。VCO產(chǎn)生差分輸出信號(hào)，經(jīng)高頻放大器緩沖放大后驅(qū)動(dòng)無(wú)源多相濾波器產(chǎn)生正交本振信號(hào)。無(wú)源多項(xiàng)濾波器產(chǎn)生正交信號(hào)的優(yōu)點(diǎn)是壓控振蕩器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但由于無(wú)源多相濾波器具有6dB的插入損耗，高頻放大器必須提供足夠的補(bǔ)償增益，這導(dǎo)致壓控振蕩器輸出端的負(fù)載電容增加和電路總體功耗的增加；另一方面，集成電路工藝的波動(dòng)會(huì)使不同路徑上的電阻值和電容值產(chǎn)生偏差，導(dǎo)致正交兩路信號(hào)的幅度和相位分別失配。另一種產(chǎn)生正交本振信號(hào)的方法是采用正交壓控振蕩器，如圖2所示。兩個(gè)振蕩器通過(guò)一定的耦合方式產(chǎn)生正交信號(hào)，該方法電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，環(huán)路結(jié)構(gòu)使工藝偏差引起的失配弱化，因此在GHz頻段范圍應(yīng)用較多。
[0004]隨著無(wú)線通信的頻率逐漸進(jìn)入到毫米波、亞毫米波、尤其是太赫茲頻段，上述正交信號(hào)產(chǎn)生電路遇到了新的問(wèn)題。對(duì)正交壓控振蕩器來(lái)說(shuō)，要產(chǎn)生這么高頻率的震蕩信號(hào)相當(dāng)困難，尤其當(dāng)所需頻率接近振蕩器有源器件的截止頻率fT時(shí)。對(duì)無(wú)源多項(xiàng)濾波器來(lái)說(shuō)，除了上述問(wèn)題外，在上述頻段要實(shí)現(xiàn)具有6dB增益的放大器也相當(dāng)困難。所有這些對(duì)太赫茲頻段正交本振信號(hào)的產(chǎn)生和太赫茲無(wú)線通信的發(fā)展提出嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于環(huán)形結(jié)構(gòu)的正交推-推壓控振蕩器。利用四級(jí)反相放大器構(gòu)成的環(huán)形振蕩器中輸出信號(hào)之間的相位關(guān)系、結(jié)合諧波選擇元件抽取各輸出信號(hào)中的二次諧波，構(gòu)建正交輸出的推-推壓控振蕩器，實(shí)現(xiàn)毫米波、亞毫米波、特別是太赫茲頻段收發(fā)前端正交本振信號(hào)的產(chǎn)生。
[0006]本發(fā)明一種基于環(huán)形結(jié)構(gòu)的正交推-推壓控振蕩器包括四級(jí)延遲單元，第一級(jí)延遲單元的第一輸出端連接第二級(jí)延遲單元的同相輸入端，第一級(jí)延遲單元的第二輸出端連接第二級(jí)延遲單元的反相輸入端；第二級(jí)延遲單元的第一輸出端連接第三級(jí)延遲單元的同相輸入端，第二級(jí)延遲單元的第二輸出端連接第三級(jí)延遲單元的反相輸入端；第三級(jí)延遲單元的第一輸出端連接第四級(jí)延遲單元的同相輸入端，第三級(jí)延遲單元的第二輸出端連接第四級(jí)延遲單元的反相輸入端；第四級(jí)延遲單元的第一輸出端連接第一級(jí)延遲單元的反相輸入端，第四級(jí)延遲單元的第二輸出端連接第一級(jí)延遲單元的同相輸入端；第一級(jí)延遲單元的外部電壓控制端、第二級(jí)延遲單元的外部電壓控制端、第三級(jí)延遲單元的外部電壓控制端、第四級(jí)延遲單元的外部電壓控制端連接，作為正交推-推壓控振蕩器的電壓控制端；第一級(jí)延遲單元的第三輸出端作為正交推-推壓控振蕩器的第一輸出端；第二級(jí)延遲單元的第三輸出端作為正交推-推壓控振蕩器的第二輸出端；第三級(jí)延遲單元的第三輸出端作為正交推-推壓控振蕩器的第三輸出端；第四級(jí)延遲單元的第三輸出端作為正交推-推壓控振蕩器的第四輸出端。
[0007]每級(jí)延遲單元包括二個(gè)NMOS管、二個(gè)PMOS管、兩個(gè)變?nèi)莨?、兩個(gè)電感和一個(gè)諧波選擇元件。第一 NMOS管的柵極、第二 NMOS管的漏極、第二 PMOS管的漏極、第二變?nèi)莨艿囊欢撕偷诙姼械囊欢诉B接，作為延遲單元的第二輸出端；第二 NMOS管的柵極、第一 NMOS管的漏極、第一 PMOS管的漏極、第一變?nèi)莨艿囊欢撕偷谝浑姼械囊欢诉B接,作為延遲單元的第一輸出端；第一 PMOS管的柵極接延遲單元的同相輸入端；第二 PMOS管的柵極接延遲單元的反相輸入端；第一電感的另一端與第二電感的另一端相連；第一變?nèi)莨艿牧硪欢伺c第二變?nèi)莨艿牧硪欢诉B接，作為外部電壓控制端；第一 PMOS管、第二 PMOS管的源極接電源VDD;第一 NMOS管、第二 NMOS管的源極與頻率選擇元件的一端相連，作為延遲單元的第三輸出端；諧波選擇元件的另一端接地。
[0008]在本發(fā)明中，第一電感、第二電感、第一變?nèi)莨堋⒌诙內(nèi)莨?、第?NMOS和第二NMOS構(gòu)成一個(gè)電容電感型壓控振蕩器；第一 PMOS管、第二 PMOS管作為延遲單元的輸入，實(shí)現(xiàn)各延遲單元間的互聯(lián)以構(gòu)成環(huán)路；頻率選擇元件實(shí)現(xiàn)延遲單元輸出信號(hào)中的二次諧波的選擇輸出。
[0009]根據(jù)環(huán)路的特點(diǎn)，延遲單元輸出信號(hào)和輸入信號(hào)間的相位相差為180°+45°，各延遲單元輸出信號(hào)的相位為(N-l)x(180°+45°)，其中N為延遲單元的級(jí)數(shù)。再根據(jù)延遲單元輸出信號(hào)中二次諧波分量與基波分量間的相位關(guān)系，可以得到各延遲單元第三輸出端口輸出信號(hào)的相位為(N-l)x90°，其中N為延遲單元的級(jí)數(shù)。這樣，第一延遲單元的第三輸出端口信號(hào)(相位為0°)、第三延遲單元的的第三輸出端口信號(hào)(相位為180°)和第二延遲單元的第三輸出端口信號(hào)(相位為90°)、第四延遲單元的的第三輸出端口信號(hào)(相位為270°)互為正交信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了正交的推-推壓控振蕩器。
[0010]本發(fā)明在工藝受限的情況下，可以有效提高正交本振輸出信號(hào)的頻率，為毫米波、亞毫米波、特別是太赫茲頻段收發(fā)前端提供高品質(zhì)正交本振信號(hào)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1為基于無(wú)源多項(xiàng)濾波器的正交震蕩信號(hào)產(chǎn)生電路；
圖2為基于正交振蕩器的正交震蕩信號(hào)產(chǎn)生電路；
圖3為本發(fā)明基于環(huán)形結(jié)構(gòu)正交推-推壓控振蕩器的結(jié)構(gòu)；
圖4為圖3中延遲單元的結(jié)構(gòu)。

【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0013]本發(fā)明提供一種基于環(huán)形結(jié)構(gòu)的正交推-推壓控振蕩器。利用四級(jí)反相放大器構(gòu)成的環(huán)形振蕩器中輸出信號(hào)之間的相位關(guān)系、結(jié)合諧波選擇元件抽取各輸出信號(hào)中的二次諧波，構(gòu)建正交輸出的推-推壓控振蕩器，實(shí)現(xiàn)毫米波、亞毫米波、特別是太赫茲頻段收發(fā)前端正交本振信號(hào)的產(chǎn)生。
[0014]如圖3所示，本發(fā)明包括四級(jí)延遲單元，第一級(jí)延遲單元Dl的第一輸出端VoUt_f連接第二級(jí)延遲單元D2的同相輸入端Vin+，第一級(jí)延遲單元Dl的第二輸出端Voutb_f連接第二級(jí)延遲單元的反相輸入端Vin-;第二級(jí)延遲單元D2的第一輸出端Vout_f連接第三級(jí)延遲單元D3的同相輸入端Vin+，第二級(jí)延遲單元D2的第二輸出端Voutb_f連接第三級(jí)延遲單元的反相輸入端Vin-;第三級(jí)延遲單元D3的第一輸出端Vout_f連接第四級(jí)延遲單元D4的同相輸入端Vin+，第三級(jí)延遲單元D3的第二輸出端Voutb_f連接第四級(jí)延遲單元D4的反相輸入端Vin-;第四級(jí)延遲單元D4的第一輸出端Vout_f連接第一級(jí)延遲單元Dl的反相輸入端Vin-，第四級(jí)延遲單元D4的第二輸出端Voutb_f連接第一級(jí)延遲單元Dl的同相輸入端Vin+ ;第一級(jí)延遲單元Dl的外部電壓控制端Vtune、第二級(jí)延遲單元D2的外部電壓控制端Vtune、第三級(jí)延遲單元D3的外部電壓控制端Vtune、第四級(jí)延遲單元D4的外部電壓控制端Vctrl連接，作為正交推-推壓控振蕩器的電壓控制端Vctrl ;第一級(jí)延遲單元Dl的第三輸出端Vout_2f作為正交推-推壓控振蕩器的第一輸出端I+ ;第二級(jí)延遲單元D2的第三輸出端Vout_2f作為正交推-推壓控振蕩器的第二輸出端Q+ ;第三級(jí)延遲單元D3的第三輸出端Vout_2f作為正交推-推壓控振蕩器的第三輸出端1-;第四級(jí)延遲單元D4的第三輸出端Vout_2f作為正交推-推壓控振蕩器的第四輸出端Q-。
[0015]每級(jí)延遲單元包括二個(gè)NMOS管、二個(gè)PMOS管、兩個(gè)變?nèi)莨堋蓚€(gè)電感和一個(gè)諧波選擇元件，如圖4所示。第一 NMOS管MNl的柵極、第二 NMOS管MN2的漏極、第二 PMOS管MP2的漏極、第二變?nèi)莨蹸var2的一端和第二電感L2的一端連接，作為延遲單元的第二輸出端Voutb_f ;第二 NMOS管麗2的柵極、第一 NMOS管麗I的漏極、第一 PMOS管MPl的漏極、第一變?nèi)莨蹸varl的一端和第一電感LI的一端連接,作為延遲單元的第一輸出端Vout_f ;第一PMOS管MPl的柵極接延遲單元的同相輸入端Vin+ ;第二 PMOS管MP2的柵極接延遲單元的反相輸入端Vin-;第一電感11的另一端與第二電感12的另一端相連；第一變?nèi)莨蹸varl的另一端與第二變?nèi)莨蹸var2的另一端連接，作為外部電壓控制端Vtune ;第一 PMOS管MP1、第二 PMOS管MP2的源極接電源VDD ;第一 NMOS管MNl、第二 NMOS管MN2的源極與頻率選擇元件Tl的一端相連,作為延遲單元的第三輸出端Vout_2f ;諧波選擇元件的另一端接地。
[0016]上述基于環(huán)形結(jié)構(gòu)的正交輸出推-推壓控振蕩器中，令輸出正交信號(hào)的頻率為f0，則延遲單元中由電感L1/L2和變?nèi)莨蹸varl/Cvar2構(gòu)成的諧振網(wǎng)絡(luò)的諧振頻率為fO/2 ;變?nèi)莨蹸varl/Cvar2的選取應(yīng)滿足輸出頻率范圍的要求，假設(shè)輸出頻率范圍為(f0max，f0min)，電感L1/L2的取值為L(zhǎng)0，這變?nèi)莨艿娜葜捣秶ㄒ韵路秶?(1/(2T f0max)2L0, 1/(2 π fOmin) 2LO);頻率選擇元件Tl的電長(zhǎng)度為頻率f0處信號(hào)波長(zhǎng)的1/4，以實(shí)現(xiàn)二次諧波的有效輸出。
[0017]盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過(guò)上述優(yōu)選實(shí)施例做了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述的描述不應(yīng)該被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對(duì)于本發(fā)明的多種修改和替換都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來(lái)限定。
【權(quán)利要求】
1.一種基于環(huán)形結(jié)構(gòu)的正交推-推壓控振蕩器，其特征在于:包括四級(jí)延遲單元，第一級(jí)延遲單元的第一輸出端連接第二級(jí)延遲單元的同相輸入端，第一級(jí)延遲單元的第二輸出端連接第二級(jí)延遲單元的反相輸入端；第二級(jí)延遲單元的第一輸出端連接第三級(jí)延遲單元的同相輸入端，第二級(jí)延遲單元的第二輸出端連接第三級(jí)延遲單元的反相輸入端；第三級(jí)延遲單元的第一輸出端連接第四級(jí)延遲單元的同相輸入端，第三級(jí)延遲單元的第二輸出端連接第四級(jí)延遲單元的反相輸入端；第四級(jí)延遲單元的第一輸出端連接第一級(jí)延遲單元的反相輸入端，第四級(jí)延遲單元的第二輸出端連接第一級(jí)延遲單元的同相輸入端；第一級(jí)延遲單元的外部電壓控制端、第二級(jí)延遲單元的外部電壓控制端、第三級(jí)延遲單元的外部電壓控制端、第四級(jí)延遲單元的外部電壓控制端連接，作為正交推-推壓控振蕩器的電壓控制端；第一級(jí)延遲單元的第三輸出端作為正交推-推壓控振蕩器的第一輸出端；第二級(jí)延遲單元的第三輸出端作為正交推-推壓控振蕩器的第二輸出端；第三級(jí)延遲單元的第三輸出端作為正交推-推壓控振蕩器的第三輸出端；第四級(jí)延遲單元的第三輸出端作為正交推-推壓控振蕩器的第四輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于環(huán)形結(jié)構(gòu)的正交推-推壓控振蕩器，其特征在于:每級(jí)延遲單元包括二個(gè)NMOS管、二個(gè)PMOS管、兩個(gè)變?nèi)莨堋蓚€(gè)電感和一個(gè)諧波選擇元件，第一 NMOS管的柵極、第二 NMOS管的漏極、第二 PMOS管的漏極、第二變?nèi)莨艿囊欢撕偷诙姼械囊欢诉B接，作為延遲單元的第二輸出端；第二NMOS管的柵極、第一NMOS管的漏極、第一PMOS管的漏極、第一變?nèi)莨艿囊欢撕偷谝浑姼械囊欢诉B接，作為延遲單元的第一輸出端；第一 PMOS管的柵極接延遲單元的同相輸入端；第二 PMOS管的柵極接延遲單元的反相輸入端；第一電感的另一端與第二電感的另一端相連；第一變?nèi)莨艿牧硪欢伺c第二變?nèi)莨艿牧硪欢诉B接，作為外部電壓控制端；第一 PMOS管、第二 PMOS管的源極接電源VDD ;第一 NMOS管、第二 NMOS管的源極與頻率選擇元件的一端相連，作為延遲單元的第三輸出端；諧波選擇元件的另一端接地。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于環(huán)形結(jié)構(gòu)的正交推-推壓控振蕩器，其特征在于:所述的諧波選擇元件為一根傳輸線，長(zhǎng)度為四級(jí)延遲單元所構(gòu)成環(huán)路的震蕩信號(hào)二次諧波波長(zhǎng)的1/4。
【文檔編號(hào)】H03L7/099GK104202043SQ201410383790
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年8月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月6日
【發(fā)明者】高海軍, 孫玲玲 申請(qǐng)人:杭州電子科技大學(xué)