一種相位可調(diào)的精確正交壓控振蕩器電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于模擬射頻集成電路【技術(shù)領(lǐng)域】,具體為一種可以實(shí)現(xiàn)相位可調(diào)的精確正交壓控振蕩器,可用于射頻頻率綜合器集成電路中。該電路主要為一個(gè)注入鎖定的正交壓控振蕩器。其中注入鎖定的壓控振蕩器由負(fù)阻網(wǎng)絡(luò)、片上電感電容諧振腔、電壓控制的可變電容以及可調(diào)的偏置電路構(gòu)成;正交壓控振蕩器則由兩個(gè)注入鎖定壓控振蕩器單元構(gòu)成,其信號(hào)通過(guò)串聯(lián)注入的方式進(jìn)行耦合,從而達(dá)到輸出正交的目的??烧{(diào)的偏置電路包括壓控振蕩器的電流偏置和正交信號(hào)耦合注入的直流電壓偏置。通過(guò)調(diào)節(jié)這些偏置電流和偏置電壓,使得輸出信號(hào)的相位可調(diào),以此改善因工藝誤差、器件適配等造成的相位誤差,得到精確輸出的正交信號(hào)。
【專利說(shuō)明】—種相位可調(diào)的精確正交壓控振蕩器電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于模擬射頻集成電路【技術(shù)領(lǐng)域】,具體涉及一種可以實(shí)現(xiàn)相位可調(diào)的精確正交壓控振蕩器(Quadrature Voltage-Controlled Oscillator)。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)今社會(huì),信息化發(fā)展日新月異。隨著互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展,用戶對(duì)高速度高質(zhì)量的寬帶視頻、多媒體業(yè)務(wù)的應(yīng)用需求不斷增長(zhǎng),傳統(tǒng)的通信技術(shù)已經(jīng)不能滿足需求。光通信技術(shù)技術(shù)因其巨大的帶寬和超高的傳輸速率,成了通信應(yīng)用領(lǐng)域的首選技術(shù),因此也成為了國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。作為光通信應(yīng)用中的核心芯片,超高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn),而多通道ADC并行的時(shí)間交織結(jié)構(gòu)成為突破單一結(jié)構(gòu)ADC速度瓶頸的一個(gè)必然方向。然而通道之間的各種失調(diào)失配,以及多相采樣時(shí)鐘的采樣時(shí)刻偏差和相位失配,嚴(yán)重制約著時(shí)間交織ADC的采樣精度。因此,如何設(shè)計(jì)一個(gè)精確相位的多相時(shí)鐘產(chǎn)生電路是研究超高速時(shí)間交織ADC必須要解決的一個(gè)難題。
[0003]不僅如此,在無(wú)線通信領(lǐng)域,正交變頻技術(shù)在各種無(wú)線收發(fā)機(jī)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。這主要是由于正交變頻技術(shù)可以有效地避免無(wú)線接收機(jī)中的鏡像抑制問(wèn)題以及無(wú)線發(fā)射機(jī)中的鏡像帶雜散問(wèn)題。正交變頻技術(shù)采用正交本振信號(hào)與射頻(或中頻)信號(hào)進(jìn)行混頻來(lái)實(shí)現(xiàn)變頻操作。本振信號(hào)的正交失配會(huì)引入額外的鏡像干擾信號(hào),從而降低無(wú)線接收機(jī)的信噪比。因此如何產(chǎn)生低噪聲、高精度的正交本振信號(hào)也是無(wú)線工程師所要面對(duì)的一大挑戰(zhàn)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種相位可調(diào)的正交壓控振蕩器,以輸出精確的正交信號(hào)。
[0005]本發(fā)明提供的相位可調(diào)的正交壓控振蕩器,是一種基于注入鎖定技術(shù)和串聯(lián)耦合技術(shù)的正交壓控振蕩器。該正交壓控振蕩器由兩個(gè)注入鎖定壓控振蕩器單元構(gòu)成,其信號(hào)通過(guò)串聯(lián)注入的方式進(jìn)行耦合,從而輸出正交信號(hào);其中,注入鎖定的壓控振蕩器由負(fù)阻網(wǎng)絡(luò)、片上電感電容諧振腔、電壓控制的可變電容以及兩個(gè)可調(diào)的偏置電路構(gòu)成。所述兩個(gè)可調(diào)的偏置電路分為壓控振蕩器的可調(diào)的電流偏置和正交信號(hào)耦合注入的可調(diào)的直流電壓偏置;通過(guò)改變偏置電流和偏置電壓來(lái)調(diào)節(jié)注入鎖定和正交耦合信號(hào)的能量,從而改善因工藝偏差和器件失配導(dǎo)致的相位誤差,達(dá)到精確的正交信號(hào)輸出。
[0006]所述負(fù)阻抗網(wǎng)絡(luò)至少由兩個(gè)晶體管交叉耦合連接形成。
[0007]所述的電感電容諧振腔至少由一個(gè)電感、一個(gè)電容(或電壓控制電容陣列(DCCA))構(gòu)成,諧振于所需要的工作頻率。
[0008]所述可調(diào)的電流偏置包括至少一對(duì)鏡像電流管,可調(diào)的電壓偏置包括至少一個(gè)隔直電容和一個(gè)偏置電阻。
[0009]片上電感電容諧振、電壓控制可變電容構(gòu)成片上電感電容諧振網(wǎng)絡(luò)。其中電容或DCCA可用于增大VCO的輸出頻率范圍,可變電容則在控制電壓Vtune下連續(xù)調(diào)節(jié)VCO的輸
出頻率。
[0010]本發(fā)明對(duì)四路信號(hào)的偏置電流和耦合的偏置電壓采用獨(dú)立提供的方式,通過(guò)調(diào)節(jié)這些偏置電流和偏置電壓,使得輸出信號(hào)的相位可調(diào),以此改善因工藝誤差、器件適配等造成的相位誤差,得到精確輸出的正交信號(hào)。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1為傳統(tǒng)正交壓控振蕩器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖2為單個(gè)電壓控制電容陣列單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖3為本發(fā)明中相位可調(diào)的精確正交壓控振蕩器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖4單邊帶混頻器原理示意圖。
[0015]圖5相位可調(diào)的正交注入鎖定分頻器結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖,對(duì)本發(fā)明中提出的相位可調(diào)精確正交壓控振蕩器作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0017]傳統(tǒng)的正交壓控振蕩器結(jié)構(gòu)示意圖如附圖1所示。單個(gè)振蕩器由晶體管Ml、M2(M3、M4)和諧振腔LC構(gòu)成。其中M1、M2 (M3、M4)交叉耦合連接成負(fù)阻,與諧振腔一起產(chǎn)生一定頻率的自激振蕩。負(fù)阻接法可以抵消諧振腔中的能量損失,維持振蕩。諧振腔主要由電感L和電壓控制電容陣列(DCCA)以及電壓控制的可變電容組成。其中DCCA可以擴(kuò)展VCO的輸出頻率范圍,可變電容管則在控制電壓的作用下連續(xù)調(diào)節(jié)VCO的輸出。單個(gè)DCCA的單元如附圖2所示。壓控振蕩器的輸出I (Q)路信號(hào)經(jīng)過(guò)隔直電容之后,在偏置電壓Vb的作用下通過(guò)晶體管M3、M4 (M7、M8)與Q (I)路信號(hào)進(jìn)行耦合作用,互相牽引,從而使得輸出信號(hào)相位正交。其中耦合輸入管與負(fù)阻管采用串聯(lián)連接的方式,每個(gè)振蕩器都由電流I進(jìn)行偏置。
[0018]由于存在工藝誤差和器件失配,如對(duì)稱晶體管的大小失配、兩個(gè)振蕩器無(wú)源器件的尺寸失配等,輸出的正交信號(hào)都存在一定的相位誤差。本發(fā)明的相位可調(diào)精確正交壓控振蕩器結(jié)構(gòu)示意圖如附圖3所示。本發(fā)明對(duì)正交的四路信號(hào)分別提供獨(dú)立的偏置電流(I1、I2、I3、I4)和耦合偏置電壓(Vbl、Vb2、Vb3、Vb4)。通過(guò)分別調(diào)節(jié)這些偏置電流和偏置電壓來(lái)補(bǔ)償工藝誤差和器件失配,從而改善輸出信號(hào)的相位誤差,提高正交輸出的精確度。
[0019]在實(shí)際應(yīng)用中,可以通過(guò)單邊帶混頻器對(duì)輸出的正交信號(hào)進(jìn)行混頻,測(cè)試輸出信號(hào)的鏡像抑制比,根據(jù)下列公式得到其等效的正交誤差,然后以此為依據(jù)對(duì)偏置進(jìn)行調(diào)節(jié)。其中單邊帶混頻器的結(jié)構(gòu)示意圖如附圖4所示。
【權(quán)利要求】
1.一種相位可調(diào)的正交壓控振蕩器,其特征在于:由兩個(gè)注入鎖定的壓控振蕩器器構(gòu)成,信號(hào)通過(guò)串聯(lián)注入的方式進(jìn)行耦合,從而輸出正交信號(hào);其中,注入鎖定的壓控振蕩器由負(fù)阻網(wǎng)絡(luò)、片上電感電容諧振腔、電壓控制的可變電容以及兩個(gè)可調(diào)的偏置電路構(gòu)成;所述兩個(gè)可調(diào)的偏置電路分為壓控振蕩器的可調(diào)的電流偏置和正交信號(hào)耦合注入的可調(diào)的直流電壓偏置;通過(guò)改變偏置電流和偏置電壓來(lái)調(diào)節(jié)注入鎖定和正交耦合信號(hào)的能量,從而改善因工藝偏差和器件失配導(dǎo)致的相位誤差,達(dá)到精確的正交信號(hào)輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相位可調(diào)的正交壓控振蕩器,其特征在于所述負(fù)阻抗網(wǎng)絡(luò)至少由兩個(gè)晶體管交叉耦合連接形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相位可調(diào)的正交壓控振蕩器,其特征在于所述電感電容諧振腔至少由一個(gè)電感、一個(gè)電容或電壓控制電容陣列構(gòu)成,諧振于所需要的工作頻率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相位可調(diào)的正交壓控振蕩器,其特征在于所述可調(diào)的電流偏置包括至少一對(duì)鏡像電流管,可調(diào)的電壓偏置包括至少一個(gè)隔直電容和一個(gè)偏置電阻。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相位可調(diào)的正交壓控振蕩器,其特征在于片上電感電容諧振腔、電壓控制可變電容構(gòu)成片上電感電容諧振網(wǎng)絡(luò);其中,電容或電壓控制電容陣列用于增大正交壓控振蕩器的輸出頻率范圍,可變電容則在控制電壓Vtune下連續(xù)調(diào)節(jié)正交壓控振蕩器的輸出頻率。
【文檔編號(hào)】H03B5/18GK103762945SQ201410025734
【公開日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2014年1月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月20日
【發(fā)明者】任俊彥, 馬順利, 蔣健兵, 葉凡, 李寧 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)