專利名稱：一種調(diào)諧曲線補(bǔ)償vco方法及其模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)線通信電子電路技術(shù)領(lǐng)域，涉及壓控振蕩器VC0，尤其涉及一種調(diào)諧 曲線補(bǔ)償VCO方法及其模塊。
背景技術(shù)：
在移動(dòng)式手持無(wú)線收發(fā)終端中，壓控振蕩器VCO是其中最為關(guān)鍵的一個(gè)模塊之 一，VCO的相位噪聲性能直接影響到收發(fā)器的接收靈敏度和阻塞性能。隨著無(wú)線通信技術(shù) 的發(fā)展，通信系統(tǒng)中的單一芯片都要求能兼容多種不同頻段和模式。因此，作為多頻段和多 模式的收發(fā)器，要求其壓控振蕩器VCO能覆蓋一定的頻率范圍，于是寬帶VCO的研發(fā)成為無(wú) 線通信電子電路的一個(gè)重要課題。已有技術(shù)寬帶VCO的報(bào)道較多。在CMOS工藝中，隨著晶體管尺寸的不斷縮小，電 源電壓越來(lái)越低，單個(gè)可變電容的電容變化比率Cmax/Cmin越來(lái)越小，基于單個(gè)可變電容 的VCO電路難以覆蓋較大的頻率范圍。常用的寬帶VCO主要有LC諧振回路切換型VC0，電 感切換型VC0，以及固定電容切換型VCO三種結(jié)構(gòu)。LC諧振回路切換型VCO結(jié)構(gòu)是采用兩 個(gè)不同頻段的LC諧振回路并通過(guò)相應(yīng)的切換開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)不同頻段的切換，一個(gè)LC諧振回路 工作時(shí)，另一個(gè)LC諧振回路關(guān)斷。由于兩個(gè)LC諧振回路是獨(dú)立設(shè)計(jì)，因此其工作頻率覆蓋 范圍較寬，同時(shí)，每一個(gè)LC回路可作低功耗優(yōu)化設(shè)計(jì)。但是該型VCO結(jié)構(gòu)需要兩個(gè)VC0，占 用芯片的面積大是其嚴(yán)重的缺陷。電感切換型VCO結(jié)構(gòu)主要是利用MOS開(kāi)關(guān)管短路LC諧 振回路的一部分電感，從而實(shí)現(xiàn)LC諧振回路頻率的切換，在< 5GHz的低GHz頻段，片上電 感Q值一般較低，而加入MOS開(kāi)關(guān)管后會(huì)導(dǎo)致等效電感的Q值更低，因此，低GHz頻段場(chǎng)合 不能采用電感切換型VC0。固定電容切換型VCO結(jié)構(gòu)一般采用MOS開(kāi)關(guān)控制切換MIM電容 來(lái)實(shí)現(xiàn)諧振回路等效電容的改變，固定電容的大小常采用二進(jìn)制數(shù)比例關(guān)系。盡管該結(jié)構(gòu) VCO可以實(shí)現(xiàn)較大頻率范圍調(diào)諧，但是其存在重大缺陷一是VCO的增益Κνω在整個(gè)調(diào)諧范 圍內(nèi)變化很大，在高頻段時(shí)Kvro較大，而低頻段時(shí)Kvro很小，會(huì)嚴(yán)重影響整個(gè)頻率合成器的 穩(wěn)定性；其二是當(dāng)固定電容較多，MOS開(kāi)關(guān)會(huì)使諧振回路等效電容的Q值下降，特別是低頻 段，這樣不僅會(huì)導(dǎo)致VCO相位噪聲性能變差，而且功耗也很大。傳統(tǒng)AMOS電容與PN結(jié)電容相比，具有較大的電容變化比Cmax/Cmin，較大的Q值，并 且不存在正偏導(dǎo)通現(xiàn)象，但是單個(gè)AMOS電容的C-V曲線較陡，柵襯電壓V(Gate，Bulk)只能 在很小范圍內(nèi)變化，并且在該區(qū)間電容的Q值為最小值，因此傳統(tǒng)AMOS電容要實(shí)現(xiàn)寬的調(diào) 諧范圍，就要求VCO的增益值Kvro較大，然而，控制電壓變化區(qū)間較小，Κνω太大會(huì)導(dǎo)致較差 的相位噪聲性能，所以傳統(tǒng)AMOS電容寬頻段調(diào)諧難以實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服已有技術(shù)三種寬帶VCO結(jié)構(gòu)的缺陷，公開(kāi)一種調(diào)諧曲線補(bǔ)償 的方法及采用調(diào)諧曲線補(bǔ)償方法的壓控振蕩器VCO模塊。調(diào)諧曲線補(bǔ)償方法的原理是利 用兩個(gè)AMOS可變電容串聯(lián)連接，其中兩個(gè)AMOS連接在一起端口可以同為柵極也可以同為襯底，并且與控制電壓相連接，而另外兩極加上不同的偏置電壓，這樣其中的每一個(gè)AMOS 電容隨控制電壓變化的電容-電壓曲線變化特性相當(dāng)于平移了兩極偏置電壓，這樣，兩個(gè) AMOS電容總的串聯(lián)電容在整個(gè)控制電壓變化區(qū)間得到補(bǔ)償，因此總的等效電容-電壓變化 曲線在整個(gè)控制電壓變化區(qū)間都平滑變化。同時(shí)，通過(guò)改變偏置電壓的差值，可以使每個(gè) AMOS電容工作在Q值較大的區(qū)間，得到較大的等效Q值，使VCO寬頻段調(diào)諧容易實(shí)現(xiàn)，并具 有較好的相位噪聲性能?；谝陨险{(diào)諧曲線補(bǔ)償原理，采用差分電路方式實(shí)現(xiàn)具有調(diào)諧曲線補(bǔ)償功能的壓 控振蕩器電路。通過(guò)兩組上述AMOS可變電容串聯(lián)作為諧振回路的壓控電容，同時(shí)，諧振回 路電感采用片上電感，利用交叉耦合負(fù)阻放大器產(chǎn)生負(fù)阻值抵消LC諧振回路的等效電阻， 利用負(fù)阻放大器本身的非線性特性產(chǎn)生穩(wěn)定的頻率輸出。本發(fā)明目的是通過(guò)以下的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)。
一種調(diào)諧曲線補(bǔ)償VCO方法，包括以下步驟(1)確定調(diào)諧曲線補(bǔ)償VCO結(jié)構(gòu)為負(fù)阻放大器和電感器與具有調(diào)諧曲線補(bǔ)償作 用的AMOS電容網(wǎng)絡(luò)的兩端并聯(lián)連接結(jié)構(gòu)；(2)AMOS電容網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為五端網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其中兩端為接入直流偏置電壓端，另兩 端為VCO信號(hào)輸出端并為加相等直流偏置電壓端，還有一端為AMOS電容網(wǎng)絡(luò)的控制端即調(diào) 諧曲線補(bǔ)償控制端；(3)改變AMOS電容網(wǎng)絡(luò)的等效電容通過(guò)調(diào)整加在調(diào)諧曲線補(bǔ)償控制端的直流控 制電壓，調(diào)整AMOS電容網(wǎng)絡(luò)中AMOS電容的比值，實(shí)現(xiàn)AMOS電容網(wǎng)絡(luò)等效電容的改變；(4) VCO輸出頻率-VCO控制電壓的變化曲線在設(shè)定一個(gè)調(diào)諧曲線補(bǔ)償控制端的 直流電壓后，將VCO的控制電壓從零向電源電壓變化，在VCO信號(hào)輸出端得到一條VCO輸出 頻率-VCO控制電壓的變化曲線；(5) VCO調(diào)諧曲線的補(bǔ)償VC0的輸出頻率由電感和AMOS電容網(wǎng)絡(luò)的等效電容共同 決定，通過(guò)調(diào)整AMOS電容網(wǎng)絡(luò)的等效電容隨VCO控制電壓變化的曲線使VCO輸出頻率-VCO 控制電壓變化的曲線接近線性化，實(shí)現(xiàn)VCO調(diào)諧曲線的補(bǔ)償，提高了 VCO的穩(wěn)定性，并使VCO 電路模塊工作在較高Q值區(qū)。所述調(diào)諧曲線補(bǔ)償VCO方法構(gòu)成的VCO電路模塊，其在于它包括負(fù)阻放大器、電感 器以及可變電容器；所述的負(fù)阻放大器由交叉耦合的MOS管或BJT管構(gòu)成，其等效電阻為負(fù)阻-Gm，通 過(guò)負(fù)阻放大器產(chǎn)生負(fù)阻值抵消LC諧振回路的等效電阻值，維持VCO振蕩；所述的可變電容器為AMOS電容網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的可變電容器；AMOS電容網(wǎng)絡(luò)由多個(gè) AMOS變?nèi)莨芗耙粋€(gè)低通濾波器組成，構(gòu)成實(shí)現(xiàn)調(diào)諧曲線補(bǔ)償?shù)腁MOS電容網(wǎng)絡(luò)；所述的電感器為采用片上螺旋電感，電感量為L(zhǎng) ；所述VCO電路模塊為差分電路結(jié)構(gòu)，負(fù)阻放大器和電感器與可變電容器的AMOS電 容網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的等效電容在電學(xué)上相并聯(lián)的兩端差分輸出，差分輸出的信號(hào)幅度相等，相位 相反。VCO電路模塊的輸出頻率由電感器和AMOS電容網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的可變電容器確定，通過(guò) 改變AMOS電容網(wǎng)絡(luò)的調(diào)諧曲線補(bǔ)償控制端的直流電壓，來(lái)調(diào)整VCO電路的輸出頻率。所述的VCO電路模塊，其在于所述的負(fù)阻放大器為由交叉耦合的MOS對(duì)管或BJT對(duì)管構(gòu)成，其構(gòu)成的結(jié)構(gòu)型式包括(1)交叉耦合NMOS對(duì)管和交叉耦合PMOS對(duì)管互補(bǔ)型負(fù)阻放大器，適用于低功耗應(yīng)用場(chǎng)合；(2)交叉耦合NMOS對(duì)管型負(fù)阻放大器，適用于高頻率應(yīng)用場(chǎng)合；(3)交叉耦合PMOS對(duì)管互補(bǔ)型負(fù)阻放大器，適用于低噪聲應(yīng)用場(chǎng)合；(4)交叉耦合BJT對(duì)管互補(bǔ)型負(fù)阻放大器，適用于高頻率和低噪聲應(yīng)用場(chǎng)合。所述的VCO電路模塊，其在于所述AMOS變?nèi)莨転橐环N電容受電壓控制的可變電容 管；該AMOS變?nèi)莨懿捎梅胖迷贜阱中的NMOS管制作工藝，其一個(gè)端口為柵極，另一個(gè)端口 為襯底。一對(duì)AMOS變?nèi)莨苤?，一個(gè)AMOS變?nèi)莨蹸vari的電容隨加在柵極和襯底的控制電壓 Vc和Vbi (或VB2)而改變，另一個(gè)AMOS變?nèi)莨蹸vm2的電容隨加在柵極和襯底的控制電壓V。 和直流偏置電壓\的變化而改變。所述的VCO電路模塊，其在于所述AMOS電容網(wǎng)絡(luò)由包含四個(gè)AMOS變?nèi)莨?，兩個(gè)偏 置電阻以及一個(gè)由電阻和電容串聯(lián)的低通RC濾波器組成；四個(gè)AMOS變?nèi)莨芡舜?lián)連接， 其兩端分別連接電壓相等的直流偏置電壓，中心的同端串接端連接RC濾波器的串接端，對(duì) 稱的另兩個(gè)同端串接端都連接一端接控制電壓的偏置電阻的另一端。所述的VCO電路模塊，其在于所述AMOS電容網(wǎng)絡(luò)為調(diào)諧曲線補(bǔ)償?shù)奈宥司W(wǎng)絡(luò)，其 兩個(gè)直流偏置電壓連接端口 Vbi和Mb2、另兩個(gè)直流偏置電壓連接端口 Vb和Gnd、以及一個(gè)控 制電壓連接端口 Vctrl，端口 Vbi和Vb2又為AMOS電容網(wǎng)絡(luò)與VCO電路模塊的并接端；通過(guò) 調(diào)整連接端口 Vctrl的電壓Vcfl經(jīng)偏置電阻形成的控制電壓V。來(lái)改變AMOS電容網(wǎng)絡(luò)的等 效電容，同時(shí)通過(guò)調(diào)整加在兩個(gè)直流偏置電壓連接端口 Vbi和Vb2的直流偏置電壓Vbl和Vb2， 以及另兩個(gè)直流偏置電壓端口 Vb形成的直流偏置電壓Vb來(lái)調(diào)整調(diào)諧曲線補(bǔ)償效果，從而實(shí) 現(xiàn)VCO電路模塊通過(guò)調(diào)諧曲線補(bǔ)償?shù)念l率改變，并使VCO電路模塊工作在較高Q值區(qū)。所述的VCO電路模塊，其在于所述AMOS電容網(wǎng)絡(luò)的四個(gè)AMOS變?nèi)莨懿捎秒妼W(xué)上 的串聯(lián)連接；VCO電路模塊AMOS電容網(wǎng)絡(luò)的四個(gè)變?nèi)莨転閮蓛沙蓪?duì)并對(duì)稱配置，兩對(duì)變?nèi)?管加上相同的直流偏置電壓Vb，兩對(duì)變?nèi)莨芗由舷嗤目刂齐妷篤。，兩對(duì)變?nèi)莨艿妮敵龆?就構(gòu)成差分輸出端Vbi和Vb2并加上相等的直流偏置電壓Vbl和Vb2，每對(duì)變?nèi)莨転榉聪虼?對(duì)稱配置，每對(duì)變?nèi)莨艿墓捕私?jīng)限流電阻連接控制電壓端Vctrl，直流偏置電壓的兩端Vb 和Gnd之間串接一個(gè)RC濾波器，RC濾波器濾除高頻噪聲，使調(diào)諧曲線補(bǔ)償VCO具有較好的 相位噪聲性能。所述的一種調(diào)諧曲線補(bǔ)償VCO方法，其在于所述四個(gè)AMOS變?nèi)莨芊殖蓛蓪?duì)，利用 每對(duì)串聯(lián)的兩個(gè)AMOS變?nèi)莨苌霞拥钠秒妷翰煌?，兩者偏置電壓的差值決定了兩個(gè)AMOS 變?nèi)莨艿碾娙蓦S其上所加控制電壓變化的曲線相差的差值，每對(duì)AMOS變?nèi)莨苌系牡刃щ?容隨控制電壓變化的曲線是取決于該兩個(gè)AMOS變?nèi)莨茈S控制電壓變化的電容值的串聯(lián) 值，兩對(duì)AMOS變?nèi)莨苌峡偟牡刃щ娙萑Q于每對(duì)AMOS變?nèi)莨苌系牡刃щ娙莸拇?lián)值，通過(guò) 調(diào)整偏置電壓和控制電壓，在整個(gè)控制電壓變化區(qū)間，使四個(gè)AMOS變?nèi)莨艿玫绞筕CO具有 線性化頻率特性的總的等效電容。所述的VCO電路模塊，其特征在于，所述AMOS電容網(wǎng)絡(luò)的四個(gè)AMOS變?nèi)莨艿膬蓪?duì) AMOS變?nèi)莨艽?lián)的方式有兩種一種為兩對(duì)AMOS變?nèi)莨艿腃vm2的柵極連接在一起，每對(duì) AMOS變?nèi)莨艿腃vari和Cvm2的襯底的端口連接在一起；另一種為兩對(duì)AMOS變?nèi)莨艿腃vm2的襯底的端口連接在一起，每對(duì)AMOS變?nèi)莨艿腃vari和Cvm2的柵極連接在一起
所述AMOS電容網(wǎng)絡(luò)的四個(gè)AMOS變?nèi)莨艿膬蓪?duì)AMOS變?nèi)莨艽?lián)的方式有兩種一 種為兩對(duì)AMOS變?nèi)莨艿腃vm2的柵極連接在一起，連接端經(jīng)濾波電阻Rb連接直流偏置電壓 端VB，連接端還經(jīng)濾波電容Cb連接Gnd端，兩對(duì)AMOS變?nèi)莨艿腃vm2的兩個(gè)柵極加上直流偏 置電壓Vb，每對(duì)AMOS變?nèi)莨艿膬蓚€(gè)襯底的端口連接在一起，分別經(jīng)限流電阻連接控制電壓 端Vctrl，在每對(duì)AMOS變?nèi)莨艿膬蓚€(gè)襯底的端口加上控制電壓V。；另一種為兩對(duì)AMOS變?nèi)?管的Cvm2的襯底的端口連接在一起，連接端經(jīng)濾波電阻Rb連接直流偏置電壓端VB，連接端 還經(jīng)濾波電容Cb連接Gnd端，兩對(duì)AMOS變?nèi)莨艿腃vm2的兩個(gè)襯底的端口加上直流偏置電 壓Vb，每對(duì)AMOS變?nèi)莨艿膬蓚€(gè)柵極連接在一起，分別經(jīng)限流電阻連接控制電壓端Vctrl，在 每對(duì)AMOS變?nèi)莨艿膬蓚€(gè)柵極加上控制電壓V。。發(fā)明的實(shí)質(zhì)性效果是(1)通過(guò)對(duì)調(diào)諧曲線補(bǔ)償，使頻率-控制電壓曲線接近線性化，通過(guò)頻率調(diào)諧曲線 的線性化控制，不僅實(shí)現(xiàn)VCO較大的調(diào)諧范圍，而且提高了頻率合成器的穩(wěn)定性。(2)通過(guò)改變偏置電壓，可以調(diào)節(jié)調(diào)諧曲線的效果，具有較好的靈活性，使VCO寬 頻段調(diào)諧容易實(shí)現(xiàn)。(3)采用調(diào)諧曲線補(bǔ)償方法的VCO可以采用全CMOS實(shí)現(xiàn)，可以簡(jiǎn)化VCO寬頻段調(diào) 諧的實(shí)現(xiàn)工藝。(4)采用調(diào)諧曲線補(bǔ)償方法的VCO可以使AMOS可變電容工作在較高Q值的區(qū)域， 從而提高諧振環(huán)路總的Q值，使調(diào)諧曲線補(bǔ)償VCO具有較好的相位噪聲性能。(5)采用調(diào)諧曲線補(bǔ)償方法的VCO模塊可以應(yīng)用于各種寬帶高性能接收發(fā)器芯片 中。


圖Ia是采用調(diào)諧曲線補(bǔ)償方法的VCO的一種結(jié)構(gòu)原理圖。圖Ia中11_負(fù)阻放大 器、12-電感器L、13-可變電容器Crai, Vm和Vb2-可變電容器、兩個(gè)接入端以及VCO兩個(gè)輸 出端。圖Ib是圖Ia中可變電容Ceq的一種AMOS電容網(wǎng)絡(luò)電原理圖。圖Ib中131-偏置 電阻R1U 32-偏置電阻R2、l 33和136^1 5變?nèi)莨?； 1、134和135-AM0S變?nèi)莨蹸vm2、137-濾 波電容Cb、138-濾波電阻Rb，Vb和Gnd-兩直流偏置電壓接入端、Vctrl-控制電壓接入端、 Vbi和Vb2-VCO兩個(gè)輸出端以及兩直流偏置電壓Vbl和Vb2接入端。圖2a是采用調(diào)諧曲線補(bǔ)償方法的VCO的另一種結(jié)構(gòu)原理圖。圖2b是圖2a中可變電容器Ceq的另一種AMOS電容網(wǎng)絡(luò)電原理圖。圖3a是示出第1實(shí)施例中調(diào)諧曲線補(bǔ)償VCO結(jié)構(gòu)原理框圖。圖3a中31-電感器 L、32-可變電容器Cei、33和34-、35和36_、37_，Vbi和Vb2-可變電容器Ceq兩個(gè)接入端以及 VCO兩個(gè)輸出端，Vb-控制電壓接入端；負(fù)阻放大器。圖3b是示出第1實(shí)施例中可變電容器Crai的AMOS電容網(wǎng)絡(luò)電原理圖。圖4a是示出第2實(shí)施例中調(diào)諧曲線補(bǔ)償VCO結(jié)構(gòu)原理框圖。圖4b是示出第2實(shí)施例中可變電容器Ceq的AMOS電容網(wǎng)絡(luò)電原理圖。圖5a是示出第3實(shí)施例中調(diào)諧曲線補(bǔ)償VCO結(jié)構(gòu)原理框圖。
圖5b是示出第3實(shí)施例中可變電容器Crai的AMOS電容網(wǎng)絡(luò)電原理圖。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作詳細(xì)的說(shuō)明。圖Ia示出的是采用曲線補(bǔ)償方法的VCO的一種結(jié)構(gòu)形式。電感12與等效電容13 組成LC諧振回路，負(fù)阻放大器11用來(lái)抵消LC諧振回路的等效電阻，當(dāng)電路穩(wěn)定振蕩時(shí)，LC 諧振回路的等效電阻等于正阻Gm。等效電容13為具有調(diào)諧曲線補(bǔ)償功能的電壓控制可變 電容。圖Ia中等效電容13由圖Ib中虛線框內(nèi)四個(gè)AMOS變?nèi)莨?33、134、135、136組成。 其中133和136的AMOS變?nèi)莨芫哂邢嗤碾娙葜担?34和135AM0S變?nèi)莨芫哂邢嗤碾?容值，133和134AM0S變?nèi)莨艿囊r底端連接在一起，通過(guò)R1電阻131接控制電壓端Vctrl， 135和136AM0S變?nèi)莨艿囊r底端連接在一起，通過(guò)R2電阻132連接控制電壓端Vctrl，134 和135AM0S變?nèi)莨艿臇艠O連接在一起。133 和136AM0S變?nèi)莨艿臇艠O分別連接輸出端Vbi 和Vb2，兩端加上相等的直流偏置電壓Vbl和Vb2，但兩端口的交流信號(hào)通路分別與電感12兩 端相連接。另一直流偏置電壓Vb通過(guò)Rb濾波電阻138和Cb濾波電容137組成的低通濾波 器的串接端與134和135AM0S變?nèi)莨艿臇艠O相連。一對(duì)AMOS變?nèi)莨軆善秒妷旱牟钪禐?(Vbl-Vb)或(Vb2-Vb)。由于單個(gè)AMOS的電容值與柵極與襯底的電壓成正比，因此等效電容 13的電容值與控制電壓V。成反比的關(guān)系，即控制端Vctrl控制電壓增大使V。增大時(shí)，等效
電容103的電容值變小。根據(jù)諧振回路的諧振頻率f公式得到 _ / =由公式可知，諧振回路的諧振頻率f與控制電壓V。成正比，采用該調(diào)諧曲線補(bǔ)償 方法的VCO具有正的頻率-控制電壓特性。圖2a示出的是采用曲線補(bǔ)償方法的VCO另一種形式。電感22與可變的容器23 組成LC諧振回路，負(fù)阻放大器21用來(lái)抵消LC諧振回路的等效電阻，當(dāng)電路穩(wěn)定振蕩時(shí)，LC 諧振回路的等效電阻等于負(fù)阻_Gm。可變的容器23為具有調(diào)諧曲線補(bǔ)償功能的電壓控制 可變電容，其等效電容由圖2b虛線框內(nèi)的四個(gè)AMOS變?nèi)莨?33、234、235、236組成。其中 233和236的AMOS變?nèi)莨蹸vari具有相同的電容值，234和235的AMOS變?nèi)莨蹸vm2具有相 同的電容值，233和234兩AMOS變?nèi)莨艿臇艠O端連接在一起，通過(guò)電阻231接控制電壓端口 Vctr 1，同時(shí)，235和236兩AMOS變?nèi)莨艿臇艠O連接在一起，通過(guò)電阻232連接控制電壓端口 Vctrl, 234和235的襯底直接連接在一起。233和236兩AMOS變?nèi)莨艿囊r底分別接相等的 直流偏置電壓Vbi和Vb2，但兩端口的交流信號(hào)通路分別與電感22兩端相連接。另一直流偏 置電壓Vb2通過(guò)電阻238和電容237組成的低通濾波器與234和235兩AMOS變?nèi)莨艿囊r底 相連。兩偏置電壓的差值為VB1-VB。由于單個(gè)AMOS的電容值與柵極與襯底的電壓成正比， 因此等效電容23具有與控制電壓Vctrl成正比的關(guān)系，即Vctrl增大時(shí)，可變的容器23的 電容值變大。因此，諧振回路的頻率與控制電壓成反比，采用該調(diào)諧曲線補(bǔ)償方法的VCO具 有負(fù)的頻率-控制電壓特性。第1實(shí)施例圖3a為第1實(shí)施例中調(diào)諧曲線補(bǔ)償VCO原理框圖。該VCO結(jié)構(gòu)為帶尾電流源的NMOS和PMOS互補(bǔ)型VC0，尾電流源37的柵極上加偏置電壓Vb。PMOS管35與36構(gòu)成交叉 耦合負(fù)阻放大器，而NMOS管33與34交叉耦合構(gòu)成另一個(gè)負(fù)阻放大器，兩者構(gòu)成帶尾電流 源的NMOS和PMOS互補(bǔ)型負(fù)阻放大器?？勺冸娙萜?2與片上電感31以及帶尾電流源的 NMOS和PMOS互補(bǔ)型負(fù)阻放大器為電學(xué)上并聯(lián)連接，圖3b為圖3a第1實(shí)施例調(diào)諧曲線補(bǔ) 償VCO原理框圖中可變電容器32的調(diào)諧曲線補(bǔ)償?shù)腁MOS電容網(wǎng)絡(luò)電原理圖?？勺冸娙萜?32所示的等效電容，采用的調(diào)諧曲線補(bǔ)償方法為圖Ib所示的正頻率特性補(bǔ)償方法，圖3b中 331 338與圖Ia中131 138相同。顯而易見(jiàn)，圖3a所示的VCO具有正的頻率-控制電 壓特性。為了提高電路的對(duì)稱性PMOS交叉耦合管與NMOS交叉耦合管產(chǎn)生相同的負(fù)阻值， 因此，在同樣尾電流條件下，該結(jié)構(gòu)的VCO模塊能夠產(chǎn)生兩倍的負(fù)阻值。該結(jié)構(gòu)的VCO模塊 適用于低功耗應(yīng)用場(chǎng)合。第2實(shí)施例圖4a為第 2實(shí)施例中調(diào)諧曲線補(bǔ)償VCO原理框圖，PMOS管43為柵極上加偏置電 壓Vb的尾電流源。PMOS管44和45構(gòu)成交叉耦合負(fù)阻放大器。該VCO結(jié)構(gòu)為帶尾電流的 PMOS負(fù)阻放大器型VC0，帶中心抽頭的片上對(duì)稱型電感41和帶尾電流源的PMOS負(fù)阻放大 器，與可變電容器42為電學(xué)上并聯(lián)連接?？勺冸娙萜?2為采用調(diào)諧曲線補(bǔ)償?shù)碾娙菥W(wǎng)絡(luò) 組成，其具體原理圖如圖4b虛線框中所示，該等效電容采用的調(diào)諧曲線補(bǔ)償方法為圖1所 示的正頻率特性補(bǔ)償方法，圖4b中431 438分別與圖1中131 138相同。同理，該VCO 具有正的頻率-控制電壓特性。PMOS管44與45交叉耦合構(gòu)成負(fù)阻放大器。由于PMOS管 比NMOS管的噪聲要小得多，因此，AMOS管對(duì)VCO的相位噪聲貢獻(xiàn)也較少。該結(jié)構(gòu)的VCO模 塊適用于低噪聲應(yīng)用場(chǎng)合。第3實(shí)施例圖5a為第3實(shí)施例中調(diào)諧曲線補(bǔ)償VCO原理框圖。該VCO結(jié)構(gòu)為帶尾電流的NMOS 負(fù)阻放大器型VCO。NMOS管55為柵極上加偏置電壓Vb的尾電流源，尾電流源的漏極連接 片上對(duì)稱型電感51的中心抽頭。NMOS管53和54構(gòu)成交叉耦合負(fù)阻放大器。帶中心抽頭 的片上對(duì)稱型電感51和NMOS交叉耦合負(fù)阻放大器，與可變電容器52為電學(xué)上并聯(lián)連接， 并聯(lián)連接端口為Vbi和VB2?？勺冸娙萜?2為采用調(diào)諧曲線補(bǔ)償?shù)碾娙菥W(wǎng)絡(luò)組成。等效電 容52的具體原理圖如虛線框中所示，該等效電容采用的調(diào)諧曲線補(bǔ)償方法為圖1所示的正 頻率特性補(bǔ)償方法，圖5b中531 538分別與圖1中131 138相同。同理，該VCO具有 正的頻率-控制電壓特性。NMOS管53與54交叉耦合構(gòu)成負(fù)阻放大器。由于NMOS具有較 高的截止頻率，NMOS可以工作在較高的頻率。因此該結(jié)構(gòu)的VCO模塊適用于高頻率應(yīng)用場(chǎng)
口 O實(shí)施例1 3的可變電容器32、42和52，都可以采用圖2b所示的可變電容器Ceq 的另一種AMOS電容網(wǎng)絡(luò)的形式。該形式兩對(duì)AMOS變?nèi)莨艿腃vm2的襯底的端口連接在一 起，每對(duì)AMOS變?nèi)莨艿腃vari和Cvm2的柵極連接在一起的形式。以上所述方法和電路模塊，僅對(duì)實(shí)施例作具體描述，它不是限定性解釋，對(duì)于本技 術(shù)領(lǐng)域熟練技術(shù)人員運(yùn)用本發(fā)明方法對(duì)調(diào)諧曲線補(bǔ)償VCO電路模塊實(shí)例所作的修飾、變 化，皆屬本發(fā)明主張的權(quán)利范圍，而不限于上述的實(shí)例。
權(quán)利要求
一種調(diào)諧曲線補(bǔ)償VCO方法，包括以下步驟(1)確定調(diào)諧曲線補(bǔ)償VCO結(jié)構(gòu)為負(fù)阻放大器和電感器與具有調(diào)諧曲線補(bǔ)償作用的AMOS電容網(wǎng)絡(luò)的兩端并聯(lián)連接結(jié)構(gòu)；(2)AMOS電容網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為五端網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其中兩端為接入直流偏置電壓端，另兩端為VCO信號(hào)輸出端并為加相等直流偏置電壓端，還有一端為AMOS電容網(wǎng)絡(luò)的控制端即調(diào)諧曲線補(bǔ)償控制端；(3)改變AMOS電容網(wǎng)絡(luò)的等效電容通過(guò)調(diào)整加在調(diào)諧曲線補(bǔ)償控制端的直流控制電壓，調(diào)整AMOS電容網(wǎng)絡(luò)中AMOS電容的比值，實(shí)現(xiàn)AMOS電容網(wǎng)絡(luò)等效電容的改變；(4)VCO輸出頻率 VCO控制電壓的變化曲線在設(shè)定一個(gè)調(diào)諧曲線補(bǔ)償控制端的直流電壓后，將VCO的控制電壓從零向電源電壓變化，在VCO信號(hào)輸出端得到一條VCO輸出頻率 VCO控制電壓的變化曲線；(5)VCO調(diào)諧曲線的補(bǔ)償VCO的輸出頻率由電感和AMOS電容網(wǎng)絡(luò)的等效電容共同決定，通過(guò)調(diào)整AMOS電容網(wǎng)絡(luò)的等效電容隨VCO控制電壓變化的曲線使VCO輸出頻率 VCO控制電壓變化的曲線接近線性化，實(shí)現(xiàn)VCO調(diào)諧曲線的補(bǔ)償，提高了VCO的穩(wěn)定性，并使VCO電路的可變電容器工作在較高Q值區(qū)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述調(diào)諧曲線補(bǔ)償VCO方法構(gòu)成的VCO電路模塊，其特征在于，它包 括負(fù)阻放大器、電感器以及可變電容器；所述的負(fù)阻放大器由交叉耦合的MOS管或BJT管構(gòu)成，其等效電阻為負(fù)阻_Gm，通過(guò)負(fù) 阻放大器產(chǎn)生負(fù)阻值抵消LC諧振回路的等效電阻值，維持VCO振蕩；所述的可變電容器為AMOS電容網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的可變電容器；AMOS電容網(wǎng)絡(luò)由多個(gè)AMOS變 容管及一個(gè)濾波器組成，構(gòu)成實(shí)現(xiàn)調(diào)諧曲線補(bǔ)償?shù)腁MOS電容網(wǎng)絡(luò)；所述的電感器為采用片上螺旋電感，電感量為L(zhǎng) ；所述VCO電路模塊為差分電路結(jié)構(gòu)，負(fù)阻放大器和電感器與可變電容器的AMOS電容網(wǎng) 絡(luò)構(gòu)成的等效電容在電學(xué)上相并聯(lián)的兩端差分輸出，差分輸出的信號(hào)幅度相等，相位相反。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的VCO電路模塊，其特征在于，所述的負(fù)阻放大器為由交叉耦合 的MOS對(duì)管或BJT對(duì)管構(gòu)成，其構(gòu)成的結(jié)構(gòu)型式包括(1)交叉耦合NMOS對(duì)管和交叉耦合PMOS對(duì)管互補(bǔ)型負(fù)阻放大器，適用于低功耗應(yīng)用場(chǎng)合；(2)交叉耦合NMOS對(duì)管型負(fù)阻放大器，適用于高頻率應(yīng)用場(chǎng)合；(3)交叉耦合PMOS對(duì)管互補(bǔ)型負(fù)阻放大器，適用于低噪聲應(yīng)用場(chǎng)合；(4)交叉耦合BJT對(duì)管互補(bǔ)型負(fù)阻放大器，適用于高頻率和低噪聲應(yīng)用場(chǎng)合。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的VCO電路模塊，其特征在于，所述AMOS變?nèi)莨転橐环N電容受 電壓控制的可變電容管；該AMOS變?nèi)莨懿捎梅胖迷贜阱中的匪OS管制作工藝，其一個(gè)端口 為柵極，另一個(gè)端口為襯底。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3或4所述的VCO電路模塊，其特征在于，所述AMOS電容網(wǎng)絡(luò)由 包含四個(gè)AMOS變?nèi)莨埽瑑蓚€(gè)偏置電阻以及一個(gè)由電阻和電容串聯(lián)的低通RC濾波器組成；四 個(gè)AMOS變?nèi)莨芡舜?lián)連接，其兩端分別連接電壓相等的直流偏置電壓，中心的同端串接 端連接RC濾波器的串接端，對(duì)稱的另兩個(gè)同端串接端都連接一端接控制電壓的偏置電阻 的另一端。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的VCO電路模塊，其特征在于，所述AMOS電容網(wǎng)絡(luò)為調(diào)諧曲線 補(bǔ)償?shù)奈宥司W(wǎng)絡(luò)，其兩個(gè)直流偏置電壓連接端口 Vbi和Vb2、另兩個(gè)直流偏置電壓連接端口 Vb 和Gnd、以及一個(gè)控制電壓連接端口 Vctrl，端口 Vbi和Vb2又為AMOS電容網(wǎng)絡(luò)與VCO電路 模塊的并接端；通過(guò)調(diào)整連接端口 Vctrl的電壓Nc0經(jīng)偏置電阻形成的控制電壓V。來(lái)改變 AMOS電容網(wǎng)絡(luò)的等效電容，同時(shí)通過(guò)調(diào)整加在兩個(gè)直流偏置電壓連接端口 Vbi和Vb2的直流 偏置電壓Vbl和Vb2，以及另兩個(gè)直流偏置電壓端口 Vb形成的直流偏置電壓Vb來(lái)調(diào)整調(diào)諧曲 線補(bǔ)償效果，從而實(shí)現(xiàn)VCO電路模塊通過(guò)調(diào)諧曲線補(bǔ)償?shù)念l率改變，并使VCO電路模塊工作 在較高Q值區(qū)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的VCO電路模塊，其特征在于，所述AMOS電容網(wǎng)絡(luò)的四個(gè)AMOS 變?nèi)莨懿捎秒妼W(xué)上的串聯(lián)連接；VCO電路模塊AMOS電容網(wǎng)絡(luò)的四個(gè)變?nèi)莨転閮蓛沙蓪?duì)并對(duì) 稱配置，兩對(duì)變?nèi)莨芗由舷嗤闹绷髌秒妷篭，兩對(duì)變?nèi)莨芗由舷嗤目刂齐妷篤。，兩對(duì) 變?nèi)莨艿妮敵龆司蜆?gòu)成差分輸出端Vbi和Vb2并加上相等的直流偏置電壓Vbl和Vb2，每對(duì)變 容管為反向串接對(duì)稱配置，每對(duì)變?nèi)莨艿墓捕私?jīng)限流電阻連接控制電壓端Vctrl，直流偏 置電壓的兩端Vb和Gnd之間串接一個(gè)RC濾波器，RC濾波器濾除高頻噪聲，使調(diào)諧曲線補(bǔ)償 VCO具有較好的相位噪聲性能。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的VCO電路模塊，其特征在于，所述AMOS電容網(wǎng)絡(luò)的四個(gè)AMOS 變?nèi)莨懿捎秒妼W(xué)上的串聯(lián)連接；VCO電路模塊AMOS電容網(wǎng)絡(luò)的四個(gè)變?nèi)莨転閮蓛沙蓪?duì)并對(duì) 稱配置，兩對(duì)變?nèi)莨芗由舷嗤闹绷髌秒妷篤b，兩對(duì)變?nèi)莨芗由舷嗤目刂齐妷篤c，兩 對(duì)變?nèi)莨艿妮敵龆司蜆?gòu)成差分輸出端Vbi和Vb2并加上相等的直流偏置電壓Vbl和Vb2，每對(duì) 變?nèi)莨転榉聪虼訉?duì)稱配置，每對(duì)變?nèi)莨艿墓捕私?jīng)限流電阻連接控制電壓端Vctrl，直流 偏置電壓的兩端Vb和Gnd之間串接一個(gè)RC濾波器，RC濾波器濾除高頻噪聲，使調(diào)諧曲線補(bǔ) 償VCO具有較好的相位噪聲性能。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種調(diào)諧曲線補(bǔ)償VCO方法，其特征在于，所述四個(gè)AMOS變 容管分成兩對(duì)，利用每對(duì)串聯(lián)的兩個(gè)AMOS變?nèi)莨苌霞拥钠秒妷翰煌瑑烧咂秒妷旱牟?值決定了兩個(gè)AMOS變?nèi)莨艿碾娙蓦S其上所加控制電壓變化的曲線相差的差值，每對(duì)AMOS 變?nèi)莨苌系牡刃щ娙蓦S控制電壓變化的曲線是取決于該兩個(gè)AMOS變?nèi)莨茈S控制電壓變化 的電容值的串聯(lián)值，兩對(duì)AMOS變?nèi)莨苌峡偟牡刃щ娙萑Q于每對(duì)AMOS變?nèi)莨苌系牡刃щ?容的串聯(lián)值，通過(guò)調(diào)整偏置電壓和控制電壓，在整個(gè)控制電壓變化區(qū)間，使四個(gè)AMOS變?nèi)?管得到使VCO具有線性化頻率特性的總的等效電容。
10.根據(jù)權(quán)利要求2或3或4或6或7或8所述的VCO電路模塊，其特征在于，所述AMOS 電容網(wǎng)絡(luò)的四個(gè)AMOS變?nèi)莨艿膬蓪?duì)AMOS變?nèi)莨艽?lián)的方式有兩種一種為兩對(duì)AMOS變?nèi)?管的Cvm2的柵極連接在一起，每對(duì)AMOS變?nèi)莨艿腃vari和Cvm2的襯底的端口連接在一起；另 一種為兩對(duì)AMOS變?nèi)莨艿腃vm2的襯底的端口連接在一起，每對(duì)AMOS變?nèi)莨艿腃vari和Cvm2 的柵極連接在一起。
全文摘要
本發(fā)明提出調(diào)諧曲線補(bǔ)償VCO的方法，采用負(fù)阻放大器和電感器與可變電容器的兩端為并聯(lián)連接結(jié)構(gòu)，可變電容器結(jié)構(gòu)為五端的AMOS電容網(wǎng)絡(luò)，一端為AMOS電容網(wǎng)絡(luò)的調(diào)諧曲線補(bǔ)償控制端，通過(guò)調(diào)整控制端的直流電壓，改變AMOS電容網(wǎng)絡(luò)的等效電容，得到一條接近線性化的VCO輸出頻率-VCO控制電壓的變化曲線，實(shí)現(xiàn)VCO調(diào)諧曲線的補(bǔ)償，提高了VCO的穩(wěn)定性，并使VCO電路模工作在較高Q值區(qū)。還提出了用上述方法構(gòu)成的差分電路結(jié)構(gòu)VCO電路模塊，AMOS電容網(wǎng)絡(luò)由四個(gè)AMOS變?nèi)莨芗耙籖C低通濾波器組成，四個(gè)AMOS變?nèi)莨転閮蓛沙蓪?duì)串聯(lián)并對(duì)稱配置，配置方式有柵極串聯(lián)和襯底串聯(lián)兩種。VCO模塊采用電壓控制AMOS變?nèi)莨芨淖冋袷幤黝l率，通過(guò)改變調(diào)諧曲線補(bǔ)償控制端直流電壓實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)諧曲線補(bǔ)償，使頻率調(diào)諧曲線接近線性化，從而實(shí)現(xiàn)較大的頻率調(diào)諧范圍。
文檔編號(hào)H03B7/00GK101944880SQ20091010058
公開(kāi)日2011年1月12日 申請(qǐng)日期2009年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月8日
發(fā)明者葉甜春, 肖時(shí)茂, 馬成炎 申請(qǐng)人:杭州中科微電子有限公司