一種寬帶壓控振蕩器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種寬帶壓控振蕩器，屬于半導(dǎo)體集成電路技術(shù)領(lǐng)域，該壓控振蕩器包括并聯(lián)連接的電感組件(1)、電容組件(2)和補(bǔ)償回路(3)，其中，電容組件(2)包括MOS電容單元(21)和反偏二極管單元(22)；MOS電容單元(21)包括多條并聯(lián)且設(shè)置有MOS電容的開(kāi)關(guān)電容支路，并通過(guò)數(shù)字控制位進(jìn)行開(kāi)斷控制，以調(diào)整MOS電容單元(21)的電容值，實(shí)現(xiàn)對(duì)所述壓控振蕩器的輸出頻率的粗調(diào)；反偏二極管單元(22)在偏置電壓調(diào)整時(shí)，通過(guò)PN結(jié)充電或放電，對(duì)所述壓控振蕩器的調(diào)諧電壓進(jìn)行控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)所述壓控振蕩器的輸出頻率的細(xì)調(diào)。實(shí)現(xiàn)了較大的頻率調(diào)諧范圍和低的相位噪聲，同時(shí)減小了增益、提高了調(diào)諧線性度，從而可保證鎖相環(huán)環(huán)路穩(wěn)定性。
【專利說(shuō)明】
-種寬帶壓控振蕩器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及半導(dǎo)體集成電路技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種寬帶壓控振蕩器。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著無(wú)線通信技術(shù)和集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，兼容多協(xié)議的收發(fā)器忍片成為當(dāng)前無(wú) 線通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。頻率合成器作為射頻前端的關(guān)鍵模塊，主要作用是給收發(fā)機(jī)中的 變頻電路提供頻率可編程的本地載波信號(hào)。為了提高頻譜效率，現(xiàn)代無(wú)線通信系統(tǒng)大都利 用頻分復(fù)用技術(shù)，將用于傳輸信號(hào)的信道的總帶寬劃分成若干個(gè)子頻帶(或稱子信道），每 一個(gè)子信道傳輸一路信號(hào)。無(wú)線收發(fā)機(jī)在進(jìn)行通信時(shí)根據(jù)信道占用情況、信道質(zhì)量等進(jìn)行 實(shí)時(shí)信道切換;具體的，通過(guò)改變頻率合成器的輸出頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)信道的切換。
[0003] 目前主流的集成頻率合成器絕大部分都是鎖相環(huán)型頻率合成器，鎖相環(huán)系統(tǒng)的應(yīng) 用十分的廣泛，從全球定位系統(tǒng)到時(shí)鐘恢復(fù)電路，再到無(wú)線接收機(jī)電路等等;不同的應(yīng)用領(lǐng) 域，對(duì)其性能的要求是不一樣的，重要的一點(diǎn)是其性能的好壞直接影響到通信系統(tǒng)的質(zhì)量。 因此，高速、低相位噪聲、低電源抖動(dòng)、低功耗W及低忍片面積等的鎖相環(huán)頻率合成器系統(tǒng) 逐漸成為工程師們的研究重點(diǎn)。
[0004] 隨著對(duì)鎖相環(huán)型頻率合成器的要求越來(lái)越趨向于寬帶、低相位噪聲、低雜散，作為 鎖相環(huán)型頻率合成器中的關(guān)鍵模塊一壓控振蕩器（VCO ,Voltage Controlled Oscillator),是一種將電平變換為相應(yīng)頻率的脈沖變換電路，其設(shè)計(jì)也需要符合輸出頻率 范圍大、相位噪聲低的要求。目前應(yīng)用廣泛的VCO結(jié)構(gòu)主要有互補(bǔ)型LC-VC0(即由電感和電 容串聯(lián)或并聯(lián)構(gòu)成的調(diào)諧器產(chǎn)生振蕩頻率的VC0)、PM0S負(fù)阻對(duì)型VCO和醒OS負(fù)阻對(duì)型LC- VC0。其各自具有不同的優(yōu)缺點(diǎn)需根據(jù)具體需求進(jìn)行折中選擇。
[0005] 式(1)為L(zhǎng)C調(diào)諧器的振蕩頻率公式：
[0006]
C1 )
[0007] 由上式（1)可知，當(dāng)電感L一定時(shí)，可通過(guò)調(diào)整電容C來(lái)獲得不同的輸出頻率f，而電 容C容值的調(diào)節(jié)是通過(guò)改變控制電壓Vtune的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且輸出頻率f與控制電壓Vtune 存在如圖1所示的曲線關(guān)系，即單頻帶VCO的頻率調(diào)諧范圍曲線，圖1中，當(dāng)通過(guò)單頻帶實(shí)現(xiàn) 頻率調(diào)諧前圍化~ffl時(shí)，其增益A K可表示為：
[000引 C 2').
[0009] 其中，AfO為頻率范圍化~fH的頻率上限與頻率下限之差（即甜-化），AuO(即U2- U1)為VCO輸出頻率覆蓋頻率范圍化~巧時(shí)的電容控制電壓的改變量。由于通常當(dāng)VCO的增 益過(guò)大時(shí)，鎖相環(huán)環(huán)路穩(wěn)定性會(huì)變差。因此，在通過(guò)VCO實(shí)現(xiàn)寬頻帶時(shí)，需將總帶寬劃分為多 個(gè)子頻帶，并通過(guò)控制每個(gè)子頻帶的增益，來(lái)避免VCO的高增益，如圖2所示，當(dāng)頻率范圍化 ~fH屬于寬頻帶時(shí)，將其劃分為化~fmUfml~fm2、fm2~fm3、fm3~fm巧日f(shuō)m4~fH五個(gè)子 頻帶，每個(gè)子頻帶的增益曲線分別為11、1^2、1^3、1^4和15，每個(gè)子頻帶的增益均較小。
[0010] 進(jìn)一步，為了通過(guò)VCO實(shí)現(xiàn)寬的頻率調(diào)諧范圍，現(xiàn)有技術(shù)中，VCO選用的可變電容多 采用金屬電容，并通過(guò)控制位來(lái)控制調(diào)節(jié)可變電容的容值，來(lái)控制VCO的輸出頻率依次覆蓋 各個(gè)子頻帶，并且為確保整個(gè)寬頻帶均覆蓋到，各個(gè)子頻帶中每相鄰的兩個(gè)子頻帶具有一 定的重疊區(qū)域。雖然可W實(shí)現(xiàn)很寬的調(diào)諧范圍，但是隨控制電壓的改變金屬電容的容值變 化率較大，使得部分子頻帶的增益較大，如圖2所示，曲線L5所示的增益明顯高于曲線Ll~ L4所示的增益，進(jìn)而導(dǎo)致VCO的整體增益變大。進(jìn)一步，圖2中每條曲線的增益均不相同，如 曲線Ll的增益Afl/A Ul小于曲線L5的增益A f2/A Ul,其中，A Ul即為(u4-u3)。然而，通過(guò) 使每個(gè)子頻帶的增益近似相同，進(jìn)而確保高的調(diào)諧線性度，W保證鎖相環(huán)環(huán)路的穩(wěn)定性，是 目前FS設(shè)計(jì)的一個(gè)熱點(diǎn)研究問(wèn)題。
[0011] 可見(jiàn)，現(xiàn)有技術(shù)中通過(guò)多個(gè)子頻帶來(lái)實(shí)現(xiàn)寬頻帶時(shí)還存在VCO的增益大、各個(gè)子頻 帶的增益變化很大、調(diào)諧線性度差、不利于鎖相環(huán)環(huán)路的穩(wěn)定性的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的，當(dāng)通過(guò)多個(gè)子頻帶來(lái)實(shí)現(xiàn)寬頻帶時(shí)VCO的增益大、 各個(gè)子頻帶的增益變化很大、調(diào)諧線性度差、不利于鎖相環(huán)環(huán)路的穩(wěn)定性的問(wèn)題，提供了一 種寬帶壓控振蕩器，既能保證較大的頻率調(diào)諧范圍和低的相位噪聲，又可W減小壓控振蕩 器的增益并通過(guò)合適的電容參數(shù)設(shè)置提高調(diào)諧線性度，從而保證鎖相環(huán)環(huán)路穩(wěn)定性。
[0013] 本發(fā)明提供了一種寬帶壓控振蕩器，包括并聯(lián)連接的電感組件、電容組件和補(bǔ)償 回路，所述電容組件包括MOS電容單元和反偏二極管單元；
[0014] 所述MOS電容單元包括多條并聯(lián)且設(shè)置有MOS電容的開(kāi)關(guān)電容支路，所述多條并聯(lián) 的開(kāi)關(guān)電容支路通過(guò)數(shù)字控制位進(jìn)行開(kāi)斷控制，W調(diào)整所述MOS電容單元的電容值，實(shí)現(xiàn)對(duì) 所述壓控振蕩器的輸出頻率的粗調(diào)，并將所述壓控振蕩器需輸出的寬頻帶劃分為多個(gè)窄頻 帶進(jìn)行輸出；
[0015] 所述反偏二極管單元在偏置電壓調(diào)整時(shí)，通過(guò)PN結(jié)充電或放電，對(duì)所述壓控振蕩 器的調(diào)諧電壓進(jìn)行控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)所述壓控振蕩器的輸出頻率的細(xì)調(diào)。
[0016] 可選的，任一開(kāi)關(guān)電容支路包括兩個(gè)容值相等的MOS電容。
[0017] 可選的，所述MOS電容采用反型金屬氧化物半導(dǎo)體變?nèi)莨堋?br>[0018] 可選的，所述數(shù)字控制位的位數(shù)與所述多條并聯(lián)的開(kāi)關(guān)電容支路的路數(shù)相等。
[0019] 可選的，所述MOS電容具體為N型金屬氧化物半導(dǎo)體電容。
[0020] 可選的，當(dāng)在所述數(shù)字控制位的控制下，所述多條并聯(lián)的開(kāi)關(guān)電容支路中處于導(dǎo) 通狀態(tài)的開(kāi)關(guān)電容支路輸出開(kāi)電容值;所述多條并聯(lián)的開(kāi)關(guān)電容支路中每相鄰的兩條開(kāi)關(guān) 電容支路的開(kāi)電容值相差兩倍。
[0021 ]可選的，當(dāng)在所述數(shù)字控制位的控制下，所述多條并聯(lián)的開(kāi)關(guān)電容支路中處于關(guān) 斷狀態(tài)的開(kāi)關(guān)電容支路輸出斷電容值;所述多條并聯(lián)的開(kāi)關(guān)電容支路中每相鄰的兩條開(kāi)關(guān) 電容支路的斷電容值相差兩倍。
[0022] 可選的，所述反偏二極管單元包括:第一二極管、第一電容、第一電阻、第二二極 管、第二電容和第二電阻.
[0023] 所述第一電容的一端分別與所述電感組件和所述補(bǔ)償回路相連、另一端分別與所 述第一二極管的陽(yáng)極和所述第一電阻的一端連接，所述第一電阻的另一端接地，所述第一 二極管的陰極與所述第二二極管的陰極相連；
[0024] 所述第二電容的一端分別與所述電感組件和所述補(bǔ)償回路相連、另一端分別與所 述第二二極管的陽(yáng)極和所述第二電阻的一端連接，所述第二電阻的另一端接地。
[0025] 本發(fā)明中提供的一個(gè)或多個(gè)技術(shù)方案，至少具有如下技術(shù)效果或優(yōu)點(diǎn)：
[0026] 由于在本發(fā)明中，寬帶壓控振蕩器，包括并聯(lián)連接的電感組件、電容組件和補(bǔ)償回 路，所述電容組件包括MOS電容單元和反偏二極管單元;所述MOS電容單元包括多條并聯(lián)且 設(shè)置有MOS電容的開(kāi)關(guān)電容支路，所述多條并聯(lián)的開(kāi)關(guān)電容支路通過(guò)數(shù)字控制位進(jìn)行開(kāi)斷 控制，W調(diào)整所述MOS電容單元的電容值，實(shí)現(xiàn)對(duì)所述壓控振蕩器的輸出頻率的粗調(diào)，并將 所述壓控振蕩器需輸出的寬頻帶劃分為多個(gè)窄頻帶進(jìn)行輸出；所述反偏二極管單元在偏置 電壓調(diào)整時(shí)，通過(guò)PN結(jié)充電或放電，對(duì)所述壓控振蕩器的調(diào)諧電壓進(jìn)行控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)所 述壓控振蕩器的輸出頻率的細(xì)調(diào)。有效地解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的，當(dāng)通過(guò)多個(gè)子頻帶來(lái) 實(shí)現(xiàn)寬頻帶時(shí)VCO的增益大、各個(gè)子頻帶的增益變化很大、調(diào)諧線性度差、不利于鎖相環(huán)環(huán) 路的穩(wěn)定性的問(wèn)題，既能保證較大的頻率調(diào)諧范圍和低的相位噪聲，又可W減小壓控振蕩 器的增益并通過(guò)合適的電容參數(shù)設(shè)置提高調(diào)諧線性度，從而保證鎖相環(huán)環(huán)路穩(wěn)定性。
【附圖說(shuō)明】
[0027] 為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可W根據(jù) 提供的附圖獲得其它的附圖。
[0028] 圖1為本發(fā)明【背景技術(shù)】提供的一種壓控振蕩器的頻率調(diào)諧曲線示意圖；
[0029] 圖2為本發(fā)明【背景技術(shù)】提供的另一種壓控振蕩器的頻率調(diào)諧曲線示意圖；
[0030] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種寬帶壓控振蕩器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種NMOS型寬帶壓控振蕩器的電路原理圖；
[0032] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種互補(bǔ)型寬帶壓控振蕩器的電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033] 本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)提供一種寬帶壓控振蕩器，解決了現(xiàn)有技術(shù)中當(dāng)通過(guò)多個(gè)子頻 帶來(lái)實(shí)現(xiàn)寬頻帶時(shí)VCO的增益大、各個(gè)子頻帶的增益變化很大、調(diào)諧線性度差、不利于鎖相 環(huán)環(huán)路的穩(wěn)定性的問(wèn)題，既能保證較大的頻率調(diào)諧范圍和低的相位噪聲，又可W減小壓控 振蕩器的增益并通過(guò)合適的電容參數(shù)設(shè)置提高調(diào)諧線性度，從而保證鎖相環(huán)環(huán)路穩(wěn)定性。
[0034] 本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問(wèn)題，總體思路如下：
[0035] 本發(fā)明實(shí)施例提供了一種寬帶壓控振蕩器，包括并聯(lián)連接的電感組件、電容組件 和補(bǔ)償回路，所述電容組件包括MOS電容單元和反偏二極管單元;所述MOS電容單元包括多 條并聯(lián)且設(shè)置有MOS電容的開(kāi)關(guān)電容支路，所述多條并聯(lián)的開(kāi)關(guān)電容支路通過(guò)數(shù)字控制位 進(jìn)行開(kāi)斷控制，W調(diào)整所述MOS電容單元的電容值，實(shí)現(xiàn)對(duì)所述壓控振蕩器的輸出頻率的粗 調(diào)，并將所述壓控振蕩器需輸出的寬頻帶劃分為多個(gè)窄頻帶進(jìn)行輸出；所述反偏二極管單 元在偏置電壓調(diào)整時(shí)，通過(guò)PN結(jié)充電或放電，對(duì)所述壓控振蕩器的調(diào)諧電壓進(jìn)行控制，進(jìn)而 實(shí)現(xiàn)對(duì)所述壓控振蕩器的輸出頻率的細(xì)調(diào)。
[0036] 可見(jiàn)，在本發(fā)明實(shí)施例中，針對(duì)電感電容壓控振蕩器化C-VCO)中的關(guān)鍵部分一電 容組件，提供了一種不采用金屬電容，只采用MOS電容與反偏二極管電容的電容組合方法， 運(yùn)樣既能保證較大的頻率調(diào)諧范圍和低的相位噪聲，又可W減小壓控振蕩器的增益并通過(guò) 合適的電容參數(shù)設(shè)置提高調(diào)諧線性度，從而保證鎖相環(huán)環(huán)路穩(wěn)定性。
[0037] 為了更好的理解上述技術(shù)方案，下面將結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖W及具體的實(shí)施方式對(duì)上 述技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明實(shí)施例W及實(shí)施例中的具體特征是對(duì)本申請(qǐng) 技術(shù)方案的詳細(xì)的說(shuō)明，而不是對(duì)本申請(qǐng)技術(shù)方案的限定，在不沖突的情況下，本發(fā)明實(shí)施 例W及實(shí)施例中的技術(shù)特征可W相互組合。
[0038] 請(qǐng)參考圖3,本發(fā)明實(shí)施例提供了一種寬帶壓控振蕩器，包括并聯(lián)連接的電感組件 1、電容組件2和補(bǔ)償回路3，電容組件2包括MOS電容單元21和反偏二極管單元22;
[0039] MOS電容單元21包括N條并聯(lián)且設(shè)置有MOS電容的開(kāi)關(guān)電容支路(211~21N)，其中， N為自然數(shù)；多條并聯(lián)的開(kāi)關(guān)電容支路（211~21N)通過(guò)數(shù)字控制位進(jìn)行開(kāi)斷控制，W調(diào)整 MOS電容單元21的電容值，實(shí)現(xiàn)對(duì)所述壓控振蕩器的輸出頻率的粗調(diào)，并將所述壓控振蕩器 需輸出的寬頻帶劃分為多個(gè)窄頻帶進(jìn)行輸出；
[0040] 反偏二極管單元22在偏置電壓調(diào)整時(shí)，通過(guò)PN結(jié)充電或放電，對(duì)所述壓控振蕩器 的調(diào)諧電壓進(jìn)行控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)所述壓控振蕩器的輸出頻率的細(xì)調(diào)。
[0041] 在本實(shí)施例中，壓控振蕩器基于負(fù)阻抗模型，具體為交叉禪合LC振蕩器。只考慮阻 抗的實(shí)數(shù)部分，有源器件端的阻抗為：
其中，a是設(shè)計(jì)參數(shù)，考慮到電源電壓和溫 度的變化其值應(yīng)足夠大(通常大于1)。化為諧振回路的并聯(lián)等效電阻。gm-般取為^的5~6 倍之間，從而能夠保證壓控振蕩器的起振條件。
[0042] 在具體實(shí)施過(guò)程中，如圖4所示，補(bǔ)償回路3可僅通過(guò)一對(duì)醒OS負(fù)阻管(M1、M2)來(lái)實(shí) 現(xiàn)，如圖5所示，補(bǔ)償回路3也可通過(guò)一對(duì)PMOS負(fù)阻管(M3、M4)和一對(duì)醒OS負(fù)阻管(M5、M6)來(lái) 實(shí)現(xiàn)。根據(jù)振蕩器的相位噪聲模型中非常著名的是Leeson模型可知：相位噪聲與振蕩器的 輸出擺幅的平方呈反比。對(duì)于所述補(bǔ)償回路采用一對(duì)醒OS負(fù)阻管和一對(duì)PMOS負(fù)阻管的VCO (即互補(bǔ)型VC0)，當(dāng)偏置電流增加時(shí)，信號(hào)擺幅受到限制，而補(bǔ)償回路3采用一對(duì)NMOS負(fù)阻管 的VCO(即NMOS型VC0)具有更大的信號(hào)擺幅，所W，一般而言，互補(bǔ)型VCO相比NMOS型VCO具有 更差的相位噪聲。同時(shí)醒OS型引入更低的負(fù)阻對(duì)寄生電容，可W緩解高頻限制。因此，可根 據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要，補(bǔ)償回路3優(yōu)選為采用一對(duì)NMOS負(fù)阻管來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0043] 在具體實(shí)施過(guò)程中，仍請(qǐng)參考圖4和圖5,任一開(kāi)關(guān)電容支路包括兩個(gè)容值相等的 MOS電容;第1條開(kāi)關(guān)電容支路211包括兩個(gè)MOS電容Cl，第2條開(kāi)關(guān)電容支路212包括兩個(gè)MOS 電容C2,...，第N條開(kāi)關(guān)電容支路21N包括兩個(gè)MOS電容化。所述數(shù)字控制位的位數(shù)與所述多 條并聯(lián)的開(kāi)關(guān)電容支路的路數(shù)相等，具體的，數(shù)字控制位(code_l，code_2, . . .，code_n)用 于一一對(duì)應(yīng)控制N條開(kāi)關(guān)電容支路(211~21N)的導(dǎo)通與關(guān)斷。進(jìn)一步，當(dāng)在所述數(shù)字控制位 的控制下，所述多條并聯(lián)的開(kāi)關(guān)電容支路中處于導(dǎo)通狀態(tài)的開(kāi)關(guān)電容支路輸出開(kāi)電容值， 所述多條并聯(lián)的開(kāi)關(guān)電容支路中每相鄰的兩條開(kāi)關(guān)電容支路的開(kāi)電容值相差兩倍；當(dāng)在所 述數(shù)字控制位的控制下，所述多條并聯(lián)的開(kāi)關(guān)電容支路中處于關(guān)斷狀態(tài)的開(kāi)關(guān)電容支路輸 出斷電容值，所述多條并聯(lián)的開(kāi)關(guān)電容支路中每相鄰的兩條開(kāi)關(guān)電容支路的斷電容值相差 兩倍。當(dāng)MOS電容Cl的開(kāi)、斷電容值分別為a、b時(shí)，MOS電容Ci的開(kāi)、斷電容值分別為(a巧i-1)、 (b巧i-i)，其中，i在區(qū)間2~N內(nèi)取整。
[0044] 例如，MOS電容單元21包括6條并聯(lián)且設(shè)置有MOS電容的開(kāi)關(guān)電容支路(211~216)， 第1條開(kāi)關(guān)電容支路包括兩個(gè)第一MOS電容Cl、第2條開(kāi)關(guān)電容支路包括兩個(gè)第二MOS電容 C2.....第6條開(kāi)關(guān)電容支路包括兩個(gè)第六MOS電容C6。設(shè)定第一 MOS電容Cl的容值為（10~ 20)pF，則第二MOS電容C2的容值為（20~40)pF、第SMOS電容C3的容值為(40~80)pF..... 第六MOS電容C6的容值為(320~640)pF。當(dāng)?shù)?條開(kāi)關(guān)電容支路處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，第一 MOS電 容Cl的容值為IOpF的斷電容值，當(dāng)?shù)?條開(kāi)關(guān)電容支路處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，第一 MOS電容Cl的 容值為20pF的開(kāi)電容值；當(dāng)?shù)?條開(kāi)關(guān)電容支路處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，第二MOS電容C2的容值為 20pF的斷電容值(為第一MOS電容Cl的斷電容值的兩倍），當(dāng)?shù)?條開(kāi)關(guān)電容支路處于導(dǎo)通狀 態(tài)時(shí)，第二MOS電容C2的容值為40pF的開(kāi)電容值（為第一MOS電容Cl的開(kāi)電容值的兩 倍）；...；當(dāng)?shù)?條開(kāi)關(guān)電容支路處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，第六MOS電容C6的容值為32化F的斷電容 值，當(dāng)?shù)?條開(kāi)關(guān)電容支路處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，第六MOS電容C6的容值為64化F的開(kāi)電容值。
[0045] 對(duì)應(yīng)的，所述數(shù)字控制位有六位，用于一一對(duì)應(yīng)控制6條并聯(lián)且設(shè)置有MOS電容的 開(kāi)關(guān)電容支路(211~216)的導(dǎo)通與關(guān)斷。所述數(shù)字控制位為六位二進(jìn)制數(shù)，其中，當(dāng)控制位 為二進(jìn)制T'時(shí)，控制對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)電容支路導(dǎo)通，當(dāng)控制位為二進(jìn)制"0"時(shí)，控制對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān) 電容支路關(guān)斷。例如，所述數(shù)字控制位"OllOir的第=位(從高到低）用于控制第3條開(kāi)關(guān)電 容支路的導(dǎo)通或關(guān)斷，所述數(shù)字控制位的第=位為"1"，控制第3條開(kāi)關(guān)電容支路導(dǎo)通，W使 第3條開(kāi)關(guān)電容支路的電容值為16化F。在其它實(shí)施方式中，當(dāng)所述數(shù)字控制位的第S位為 "0"時(shí)，控制第3條開(kāi)關(guān)電容支路關(guān)斷，W使第3條開(kāi)關(guān)電容支路的電容值為80pF?？傊?，在具 體實(shí)施過(guò)程中，數(shù)字控制位生成模塊可根據(jù)需要輸出不同的數(shù)字控制位，W控制MOS電容單 元21輸出不同的電容值，將VCO的輸出頻率劃分為多個(gè)頻帶，W使每一個(gè)頻帶的調(diào)諧帶寬減 小，并且WMOS電容作開(kāi)關(guān)電容陣列，MOS電容單元21的電容變化率較小。
[0046] 在具體實(shí)施過(guò)程中，所述MOS電容采用反型金屬氧化物半導(dǎo)體變?nèi)莨埽↖-M0S， Inversion-mode MOS varactor)?？赏ㄟ^(guò)PMOS電容管或NMOS電容管形成I-M0S。一方面，由 于NMOS器件相對(duì)于PMOS器件具有更高傳導(dǎo)率，在提供相同跨導(dǎo)gm時(shí)醒OS器件尺寸更小，所 WNMOS結(jié)構(gòu)相比PMOS結(jié)構(gòu)具有更小的寄生電容，增加了VCO的調(diào)諧范圍，同時(shí)減小了器件的 柵-源電容引起的柵極電流噪聲源，因此，若對(duì)調(diào)諧范圍和電流噪聲具有較嚴(yán)格的要求，可 優(yōu)選NMOS電容管形成I-MOS，從而使MOS電容的寄生電阻更低，使得調(diào)諧范圍更大、功耗更 低、高頻偏時(shí)具有更低的相位噪聲;進(jìn)一步，利用體接地的醒OS器件作變?nèi)莨芸蒞獲得高的 品質(zhì)因子和更好的電容范圍從而具有更好的相位噪聲。另一方面，PMOS器件的閃爍噪聲明 顯低于NMOS器件，所WPMOS結(jié)構(gòu)LC-VCO的近端相位噪聲性能較好，因此，若對(duì)近端相位噪聲 性能具有較高的要求，可優(yōu)選PMOS電容形成I-M0S。
[0047] 在具體實(shí)施過(guò)程中，反偏二極管單元22包括至少一個(gè)二極管，二極管為一個(gè)由P型 半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體形成的PN結(jié)，PN結(jié)的耗盡層寬度是偏置電壓的函數(shù)。在反偏壓條件下， 當(dāng)偏壓增加時(shí)，耗盡層將展寬，空間電荷的數(shù)量增加；當(dāng)偏壓減小時(shí)，耗盡層將變窄，空間電 荷的數(shù)量減小?？臻g電荷是固定不動(dòng)的，空間電荷的增加實(shí)際上是隨著反偏壓的增加，空間 電荷區(qū)邊界有一部分電子和空穴被抽出，從而露出更多的沒(méi)有電子和空穴中和的施主離子 和受主離子?？臻g電荷區(qū)的減小則是隨著反偏壓的減小，有電子和空穴注入空間電荷區(qū)中 和了部分施主離子和受主離子?？梢?jiàn)，在偏壓作用下，PN結(jié)（即反偏二極管)具有充放電的電 容作用。反偏二極管作為連續(xù)調(diào)諧變?nèi)莨?，其?yōu)點(diǎn)是線性好，隨控制電壓連續(xù)變化。
[004引在具體實(shí)施過(guò)程中，仍請(qǐng)參考圖4或圖5，反偏二極管單元22包括:第一二極管DlO、 第一電容CIO、第一電阻R10、第二二極管D20、第二電容C20和第二電阻R20;第一電容ClO的 一端分別與電感組件1和補(bǔ)償回路3相連、另一端分別與第一二極管DlO的陽(yáng)極和第一電阻 RlO的一端連接，第一電阻RlO的另一端接地，第一二極管DlO的陰極與第二二極管D20的陰 極相連;第二電容C20的一端分別與電感組件1和補(bǔ)償回路3相連、另一端分別與第二二極管 D20的陽(yáng)極和第二電阻R20的一端連接，第二電阻R20的另一端接地。其中，第一電阻RlO和第 二電阻R20用于分壓、分流，第一電容ClO和第二電容C20用于隔直流、濾波和穩(wěn)壓，防止二極 管正偏。
[0049] 總而言之，本發(fā)明主要針對(duì)現(xiàn)有應(yīng)用廣泛的VCO中的電容組件，采用MOS電容作開(kāi) 關(guān)電容通過(guò)數(shù)字控制位進(jìn)行輸出頻率粗調(diào)，采用反偏二極管作變?nèi)莨苓M(jìn)行調(diào)諧電壓控制的 輸出頻率微調(diào)，對(duì)傳統(tǒng)的采用金屬電容造成VCO增益大、調(diào)諧線性度差的缺點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)。實(shí) 現(xiàn)了在電感允許的范圍內(nèi)可W達(dá)到所需要的頻率調(diào)諧范圍，且VCO增益可W很低，并且通過(guò) 合理設(shè)置開(kāi)關(guān)電容和變?nèi)莨艿膮?shù)可W提高VCO的調(diào)諧線性度，使VCO增益變化小。有利于 鎖相環(huán)環(huán)路的穩(wěn)定性，可W在實(shí)現(xiàn)低的調(diào)諧增益、高的調(diào)諧線性度的同時(shí)保持功耗和相位 噪聲性能。
[0050] 盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造 性概念，則可對(duì)運(yùn)些實(shí)施例做出另外的變更和修改。所W，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu) 選實(shí)施例W及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。
[0051] 顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可W對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精 神和范圍。運(yùn)樣，倘若本發(fā)明的運(yùn)些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍 之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含運(yùn)些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種寬帶壓控振蕩器，包括并聯(lián)連接的電感組件（1)、電容組件（2)和補(bǔ)償回路(3)， 其特征在于，所述電容組件(2)包括MOS電容單元(21)和反偏二極管單元(22); 所述MOS電容單元(21)包括多條并聯(lián)且設(shè)置有MOS電容的開(kāi)關(guān)電容支路，所述多條并聯(lián) 的開(kāi)關(guān)電容支路通過(guò)數(shù)字控制位進(jìn)行開(kāi)斷控制，以調(diào)整所述MOS電容單元(21)的電容值，實(shí) 現(xiàn)對(duì)所述壓控振蕩器的輸出頻率的粗調(diào)，并將所述壓控振蕩器需輸出的寬頻帶劃分為多個(gè) 窄頻帶進(jìn)行輸出； 所述反偏二極管單元(22)在偏置電壓調(diào)整時(shí)，通過(guò)PN結(jié)充電或放電，對(duì)所述壓控振蕩 器的調(diào)諧電壓進(jìn)行控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)所述壓控振蕩器的輸出頻率的細(xì)調(diào)。2. 如權(quán)利要求1所述的寬帶壓控振蕩器，其特征在于，任一開(kāi)關(guān)電容支路包括兩個(gè)容值 相等的MOS電容。3. 如權(quán)利要求1所述的寬帶壓控振蕩器，其特征在于，所述MOS電容采用反型金屬氧化 物半導(dǎo)體變?nèi)莨堋?. 如權(quán)利要求1所述的寬帶壓控振蕩器，其特征在于，所述數(shù)字控制位的位數(shù)與所述多 條并聯(lián)的開(kāi)關(guān)電容支路的路數(shù)相等。5. 如權(quán)利要求1所述的寬帶壓控振蕩器，其特征在于，所述MOS電容具體為N型金屬氧化 物半導(dǎo)體電容。6. 如權(quán)利要求1所述的寬帶壓控振蕩器，其特征在于，當(dāng)在所述數(shù)字控制位的控制下， 所述多條并聯(lián)的開(kāi)關(guān)電容支路中處于導(dǎo)通狀態(tài)的開(kāi)關(guān)電容支路輸出開(kāi)電容值;所述多條并 聯(lián)的開(kāi)關(guān)電容支路中每相鄰的兩條開(kāi)關(guān)電容支路的開(kāi)電容值相差兩倍。7. 如權(quán)利要求1所述的寬帶壓控振蕩器，其特征在于，當(dāng)在所述數(shù)字控制位的控制下， 所述多條并聯(lián)的開(kāi)關(guān)電容支路中處于關(guān)斷狀態(tài)的開(kāi)關(guān)電容支路輸出斷電容值;所述多條并 聯(lián)的開(kāi)關(guān)電容支路中每相鄰的兩條開(kāi)關(guān)電容支路的斷電容值相差兩倍。8. 如權(quán)利要求1所述的寬帶壓控振蕩器，其特征在于，所述反偏二極管單元(22)包括： 第一二極管(D10)、第一電容(C10)、第一電阻(R10)、第二二極管(D20)、第二電容(C20)和第 二電阻(R20); 所述第一電容(CIO)的一端分別與所述電感組件（1)和所述補(bǔ)償回路(3)相連、另一端 分別與所述第一二極管（D10)的陽(yáng)極和所述第一電阻（R10)的一端連接，所述第一電阻 (R10)的另一端接地，所述第一二極管(D10)的陰極與所述第二二極管(D20)的陰極相連； 所述第二電容(C20)的一端分別與所述電感組件（1)和所述補(bǔ)償回路(3)相連、另一端 分別與所述第二二極管（D20)的陽(yáng)極和所述第二電阻（R20)的一端連接，所述第二電阻 (R20)的另一端接地。
【文檔編號(hào)】H03L7/099GK105978561SQ201610427844
【公開(kāi)日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年6月16日
【發(fā)明人】張科峰, 鄒維
【申請(qǐng)人】武漢芯泰科技有限公司