專利名稱：一種正交輸出壓控振蕩器及設(shè)計(jì)方法和振蕩器芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種正交輸出壓控振蕩器及設(shè)計(jì)方法和振蕩器芯片。
背景技術(shù)：
正交輸出壓控振蕩器電路在無線通信系統(tǒng)和光纖通信系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。在無線通信系統(tǒng)中，用來產(chǎn)生本振信號(hào)的正交輸出，實(shí)現(xiàn)正交混頻、調(diào)制與解調(diào)的功能；在光纖通信系統(tǒng)中，作為時(shí)鐘恢復(fù)電路中的振蕩器，產(chǎn)生多相位的時(shí)鐘輸出，對(duì)接收端的數(shù)據(jù)進(jìn)行低速的采樣與鑒別，由此降低電路的工作頻率，減小電路設(shè)計(jì)難度。同時(shí)正交輸出壓控振蕩器還要求具有足夠大的信號(hào)擺幅，低的功耗和較好的相位噪聲性能等特點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是對(duì)于多相位輸出的壓控振蕩器電路有兩種類型的結(jié)構(gòu)，分為環(huán)形振蕩器和LC諧振選頻振蕩器兩種，環(huán)形振蕩器具有寬的頻率范圍但是相位噪聲性能比較差，LC諧振選頻振蕩器選頻范圍比較窄，但是具有較好的相位噪聲性能，同時(shí)能夠獲得相對(duì)較高的工作頻率。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:本發(fā)明提供一種正交輸出壓控振蕩器及設(shè)計(jì)方法，所述方法是由兩級(jí)LC諧振單元構(gòu)成，其中每級(jí)LC單元包括兩對(duì)反相器和兩對(duì)負(fù)阻單元，反相器用來增大輸出擺幅，構(gòu)成了負(fù)跨導(dǎo)單元，使振蕩器容易起振，在諧振狀態(tài)下，兩個(gè)LC諧振單元提供90°的相位差，從而實(shí)現(xiàn)了正交輸出。本 正交輸出壓控振蕩器電路相對(duì)于其它的多相位振蕩器電路，只采用了兩個(gè)電感和4個(gè)可變電容，減小了面積，降低了電路成本。電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，低功耗和大輸出擺幅的特點(diǎn)。所述正交輸出壓控振蕩器的連接方法是:]\11、] 5、]\16、]\0、]\19、]\113、]\114和祖1 的源端連接到電源 VDD ；M1 的柵端連接 M2、M13、M15的柵端和Mil、M12、M14、M16的漏端，為O相位點(diǎn)；M1的漏端連接M5、M2、M7的漏端和M6、M8、M9、M10的柵端，為270相位點(diǎn)；M5的柵端連接M6、M3、M8、M14的漏端和M7、M11、M12的柵端，為90相位點(diǎn)；M3的柵端連接M4、M14、M16的柵端和M9、M13、M10、M15的漏端，為180相位點(diǎn)；L1、Cl和C2三器件并聯(lián)，一端接Ml、M5的漏端和M6的柵端，為270相位點(diǎn)；一端接M6、M3的漏端和M5的柵端，為90相位點(diǎn)；L2、C3和C4三器件并聯(lián)，一端接M9、M13的漏端和M14的柵端，為180相位點(diǎn)；一端接M14、Mll的漏端和M13的柵端，為O相位點(diǎn)；M2、M7、M8、M4、M10、M15、M16 和 M12 的源端連接到地。本發(fā)明還提供一種正交輸出壓控振蕩器芯片，其結(jié)構(gòu)包括:采用兩級(jí)LC諧振單元實(shí)現(xiàn)正交輸出，每級(jí)LC諧振單元由兩個(gè)反相器對(duì)和兩個(gè)負(fù)跨導(dǎo)單元構(gòu)成 ’每級(jí)LC選頻網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)電感和兩個(gè)可變電容構(gòu)成；]\11、] 5、]\16、]\0、]\19、]\113、]\114和祖1 的源端連接到電源 VDD ；M1 的柵端連接 M2、M13、M15的柵端和Mil、M12、M14、M16的漏端，為O相位點(diǎn)；M1的漏端連接M5、M2、M7的漏端和M6、M8、M9、M10的柵端，為270相位點(diǎn)；M5的柵端連接M6、M3、M8、M14的漏端和M7、M11、M12的柵端，為90相位點(diǎn)；M3的柵端連接M4、M14、M16的柵端和M9、M13、M10、M15的漏端，為180相位點(diǎn)；L1、Cl和C2三器件并聯(lián)，一端接Ml、M5的漏端和M6的柵端，為270相位點(diǎn)；一端接M6、M3的漏端和M5的柵端，為90相位點(diǎn)；L2、C3和C4三器件并聯(lián)，一端接M9、M13的漏端和M14的柵端，為180相位點(diǎn)；一端接M14、Mll的漏端和M13的柵端，為O相位點(diǎn)；M2、M7、M8、M4、M10、M15、M16 和 M12 的源端連接到地。除了采用上述正交輸出壓控振蕩器及設(shè)計(jì)方法外，本發(fā)明還采用MOSFET、MESFET工藝來實(shí)現(xiàn)。有益效果:A)本發(fā)明的LC諧振單元中采用了 P型晶體管和N型晶體管構(gòu)成的反相器結(jié)構(gòu)，可以將輸出信號(hào)的擺幅增大到電源電壓VDD值。B)LC諧振單元中分別采用P型晶體管和N型晶體管構(gòu)成的負(fù)跨導(dǎo)單元，使得該振蕩器電路容易起振。C)通過兩級(jí)環(huán)形耦合結(jié)構(gòu)，使得該振蕩器獲得了四路正交信號(hào)輸出，簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)，降低了功耗。D)每級(jí)LC諧振單元中只采用了一個(gè)電感，正交輸出振蕩器電路只有兩個(gè)電感，減小了面積，降低了成本。E)該電路已經(jīng)過65nm CMOS工藝驗(yàn)證，輸出擺幅可以達(dá)到電源電壓1.2V，單級(jí)LC諧振單元電流僅為3mA，電路總功耗7.2mW。


:圖1是實(shí)施例中正交輸出壓控振蕩器電路設(shè)計(jì)方法流程圖。圖2是實(shí)施例中正交輸出壓控振蕩器電路結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)現(xiàn)方式:下面結(jié)合說明書附圖對(duì)本技術(shù)方案作進(jìn)一步說明。如圖1和圖2所示，本發(fā)明的多相位輸出壓控振蕩器設(shè)計(jì)方法由兩級(jí)LC諧振單元構(gòu)成，其中每級(jí)LC單元包括兩對(duì)反相器和兩對(duì)負(fù)阻單元，反相器用來增大輸出擺幅，構(gòu)成了負(fù)跨導(dǎo)單元，使振蕩器容易起振，在諧振狀態(tài)下，兩個(gè)LC諧振單元提供90°的相位差，從而實(shí)現(xiàn)了正交輸出。本正交輸出壓控振蕩器電路相對(duì)于其它的多相位振蕩器電路，只采用了兩個(gè)電感和4個(gè)可變電容，減小了面積，降低了電路成本。電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，低功耗和大輸出擺幅的特點(diǎn)。所述正交輸出壓控振蕩器的連接方法是:]\11、] 5、] \16、]\0、]\19、]\113、]\114和祖1 的源端連接到電源 VDD ；M1 的柵端連接 M2、M13、M15的柵端和Mil、M12、M14、M16的漏端，為O相位點(diǎn)；M1的漏端連接M5、M2、M7的漏端和M6、M8、M9、M10的柵端，為270相位點(diǎn)；M5的柵端連接M6、M3、M8、M14的漏端和M7、M11、M12的柵端，為90相位點(diǎn)；M3的柵端連接M4、M14、M16的柵端和M9、M13、M10、M15的漏端，為180相位點(diǎn)；L1、Cl和C2三器件并聯(lián)，一端接Ml、M5的漏端和M6的柵端，為270相位點(diǎn)；一端接M6、M3的漏端和M5的柵端，為90相位點(diǎn)；L2、C3和C4三器件并聯(lián)，一端接M9、M13的漏端和M14的柵端，為180相位點(diǎn)；一端接M14、Mll的漏端和M13的柵端，為O相位點(diǎn)；M2、M7、M8、M4、M10、M15、M16 和 M12 的源端連接到地。本發(fā)明的振蕩器芯片可以采用MOSFET、MESFET工藝來實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明具有低功耗、大擺幅和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，經(jīng)過65nm CMOS工藝驗(yàn)證，輸出擺幅可以達(dá)到電源電壓1.2V，單級(jí)LC諧振單元電流僅為3mA，電路總功耗7.2mW。在芯片中只采用了兩個(gè)有源電感，占用的面積較小，降低了芯片成本。該正交輸出振蕩器電路可以應(yīng)用于無線通信和光纖通信系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)正交混頻、調(diào)制與解調(diào)的功能；或者在光纖通信系統(tǒng)中，對(duì)接收端的數(shù)據(jù)進(jìn)行 低速的采樣與鑒別，降低電路的工作頻率，減小電路設(shè)計(jì)難度。
權(quán)利要求
1.一種正交輸出壓控振蕩器的設(shè)計(jì)方法，其特征在于:采用兩級(jí)LC諧振單元，每級(jí)LC諧振單元由兩個(gè)反相器對(duì)和兩個(gè)負(fù)跨導(dǎo)單元構(gòu)成；每級(jí)LC選頻網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)電感和兩個(gè)可變電容構(gòu)成； 在第一級(jí)LC諧振單元中，所述兩個(gè)反相器對(duì)分別由一只P型晶體管Ml和一只N型晶體管M2、一只P型晶體管M3和一只N型晶體管M4構(gòu)成；所述兩個(gè)負(fù)跨導(dǎo)單元分別由兩個(gè)P型晶體管M5和M6、兩個(gè)N型晶體管M7和M8構(gòu)成；所述LC選頻網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)電感LI和兩個(gè)可變電容Cl和C2構(gòu)成； 在第二級(jí)LC諧振單元中，所述兩個(gè)反相器對(duì)分別由一只P型晶體管M9和一只N型晶體管M10、一只P型晶體管Mll和一只N型晶體管M12構(gòu)成；所述兩個(gè)負(fù)跨導(dǎo)單元分別由兩個(gè)P型晶體管M13和M14、兩個(gè)N型晶體管M15和M16構(gòu)成；所述LC選頻網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)電感L2和兩個(gè)可變電容C3和C4構(gòu)成； 所述正交輸出壓控振蕩器電路的連接方法如下: M1、M5、M6、M3、M9、M13、M14和Mll的源端連接到電源VDD ；M1的柵端連接M2、M13、M15的柵端和Mil、M12、M14、M16的漏端，為O相位點(diǎn)；M1的漏端連接M5、M2、M7的漏端和M6、M8、M9、M10的柵端，為270相位點(diǎn)；M5的柵端連接M6、M3、M8、M14的漏端和M7、M11、M12的柵端，為90相位點(diǎn)；M3的柵端連接M4、M14、M16的柵端和M9、M13、M10、M15的漏端，為180相位點(diǎn)； LUCl和C2三器件并聯(lián)，一端接M1、M5的漏端和M6的柵端，為270相位點(diǎn)；一端接M6、M3的漏端和M5的柵端，為90相位點(diǎn)； L2、C3和C4三器件并聯(lián)，一端接M9、M13的漏端和M14的柵端，為180相位點(diǎn)；一端接M14、M11的漏端和M13的柵端，為O相位點(diǎn)； M2、M7、M8、M4、M10、·M15、M16 和 M12 的源端連接到地。
2.—種權(quán)利要求1所述的一種正交輸出壓控振蕩器的設(shè)計(jì)方法，其特征在于:采用兩級(jí)LC諧振單元實(shí)現(xiàn)正交輸出，每級(jí)LC諧振單元由兩個(gè)反相器對(duì)和兩個(gè)負(fù)跨導(dǎo)單元構(gòu)成；每級(jí)LC選頻網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)電感和兩個(gè)可變電容構(gòu)成； 在第一級(jí)LC諧振單元中，所述兩個(gè)反相器對(duì)分別由一只P型晶體管Ml和一只N型晶體管M2、一只P型晶體管M3和一只N型晶體管M4構(gòu)成；所述兩個(gè)負(fù)跨導(dǎo)單元分別由兩個(gè)P型晶體管M5和M6、兩個(gè)N型晶體管M7和M8構(gòu)成；所述LC選頻網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)電感LI和兩個(gè)可變電容Cl和C2構(gòu)成； 在第二級(jí)LC諧振單元中，所述兩個(gè)反相器對(duì)分別由一只P型晶體管M9和一只N型晶體管M10、一只P型晶體管Mll和一只N型晶體管M12構(gòu)成；所述兩個(gè)負(fù)跨導(dǎo)單元分別由兩個(gè)P型晶體管M13和M14、兩個(gè)N型晶體管M15和M16構(gòu)成；所述LC選頻網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)電感L2和兩個(gè)可變電容C3和C4構(gòu)成； M1、M5、M6、M3、M9、M13、M14和Mll的源端連接到電源VDD ；M1的柵端連接M2、M13、M15的柵端和Mil、M12、M14、M16的漏端，為O相位點(diǎn)；M1的漏端連接M5、M2、M7的漏端和M6、M8、M9、M10的柵端，為270相位點(diǎn)；M5的柵端連接M6、M3、M8、M14的漏端和M7、M11、M12的柵端，為90相位點(diǎn)；M3的柵端連接M4、M14、M16的柵端和M9、M13、M10、M15的漏端，為180相位點(diǎn)； LUCl和C2三器件并聯(lián)，一端接M1、M5的漏端和M6的柵端，為270相位點(diǎn)；一端接M6、M3的漏端和M5的柵端，為90相位點(diǎn)； L2、C3和C4三器件并聯(lián)，一端接M9、M13的漏端和M14的柵端，為180相位點(diǎn)；一端接M14、M11的漏端和M13的柵端，為O相位點(diǎn)；皿2、] 7、]\18、]\14、]\110、]\115、]\116和祖2 的源端連接到地。
3.一種正交輸出壓控振蕩器芯片，其特征在于:所述芯片采用了權(quán)利要求2所述正交輸出壓控振蕩器電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種正交輸出壓控振蕩器芯片，其特征在于:所述芯片中只采用兩個(gè)有源電感。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種正交輸出壓控振蕩器芯片，其特征在于:所述芯片采用MOSFET 和 MESFET 工藝。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種正交輸出壓控振蕩器及設(shè)計(jì)方法和振蕩器芯片，所述壓控振蕩器結(jié)構(gòu)由兩級(jí)LC諧振單元構(gòu)成，其中每級(jí)LC單元包括兩對(duì)反相器和兩對(duì)負(fù)阻單元，反相器用來增大輸出擺幅，構(gòu)成了負(fù)跨導(dǎo)單元，使振蕩器容易起振，在諧振狀態(tài)下，兩個(gè)LC諧振單元提供90°的相位差，從而實(shí)現(xiàn)了正交輸出。正交輸出壓控振蕩器電路只采用了兩個(gè)電感和4個(gè)可變電容，減小了面積，降低了電路成本。電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，低功耗和大輸出擺幅的特點(diǎn)。正交輸出壓控振蕩器芯片采用MOSFET、MESFET工藝，經(jīng)過65nmCMOS工藝驗(yàn)證，輸出擺幅可以達(dá)到電源電壓1.2V，單級(jí)LC諧振單元電流僅為3mA，電路總功耗7.2mW。
文檔編號(hào)H03B5/18GK103248322SQ20131018429
公開日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2013年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月17日
發(fā)明者胡正飛, 黃敏娣, 張莉 申請(qǐng)人:南京郵電大學(xué)