push-push微波壓控振蕩器集成電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種push-push微波壓控振蕩器集成電路。它包括半導(dǎo)體材料襯底和push-push壓控振蕩器，push-push壓控振蕩器由兩個單端壓控振蕩器連接組成；單端壓控振蕩器包括有源放大器模塊、偏置電流源模塊和LC諧振腔模塊；push-push壓控振蕩器的兩個單端壓控振蕩器中，有源放大器模塊與偏置電流源模塊之間還分別連接寬帶高頻阻抗網(wǎng)絡(luò)模塊；push-push壓控振蕩器的兩個LC振蕩槽模塊相互連接且電感連接處通過寬帶高頻阻抗網(wǎng)絡(luò)模塊接地。本技術(shù)有利于減小由于偏置電流源模塊的有限高頻輸出阻抗對有源放大器模塊的增益造成的不利影響，有益于提高振蕩器的振幅及輸出信號的幅值并可降低相位噪聲。
【專利說明】push-push微波壓控振蕩器集成電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種半導(dǎo)體微波push-push壓控振蕩器集成電路，該振蕩器采用一種寬帶高頻 阻抗網(wǎng)絡(luò)來提高偏置電流源模塊的高頻輸出阻抗用以增強(qiáng)振蕩器的環(huán)路增益，進(jìn)而有效地增大振蕩器振幅和降低振蕩器的相位噪聲；同時采用高頻阻抗網(wǎng)絡(luò)來促使整個壓控振蕩器工作在差分模式下以便提取振蕩器的二次諧波。
【背景技術(shù)】
[0002]在微波互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)/鍺硅(SiGe)BiCMOS無線前端收發(fā)系統(tǒng)中，壓控振蕩器(VCO,voltage-controlled oscillator)扮演著一個為收發(fā)機(jī)系統(tǒng)提供本振信號的重要角色，其相位噪聲性能影響著無線收發(fā)系統(tǒng)的信噪比(SNR)，誤差向量幅度(EVM)等特性。壓控振蕩器的相位噪聲與其LC(由電感和壓控可變電容構(gòu)成)Tank的Q值成反比。在工作頻率較低的情況下，LC Tank的Q值基本上由電感Q值決定，而當(dāng)工作頻率不斷升高時，尤其是當(dāng)頻率達(dá)在IOGHz以上時，LC的Q值則逐漸變成由壓控可變電容的Q值來決定，這是由于電感的Q值隨著頻率的升高而升高，而壓控可變電容的Q值隨著頻率的升高而快速下降。因此，在微波集成VCO設(shè)計中，往往需要權(quán)衡(trade-off)相位噪聲和頻率調(diào)諧范圍之間的矛盾。
[0003]push-push壓控振蕩器作為一種可以緩和相位噪聲和頻率調(diào)諧范圍之間的矛盾的振蕩器結(jié)構(gòu)，在微波領(lǐng)域的運用越來越廣。其主要是由兩個單端的壓控振蕩器通過一定關(guān)系組合在一起，并讓單端振蕩器工作在1/2所需頻率，因此可以采用高Q值且較高電容值的壓控可變電容來構(gòu)成LC Tank。然而，為了能夠從兩個單端的振蕩器輸出信號中提取所需的二次諧波信號，必須讓兩個組合在一起的單端振蕩器無條件地工作在差分模式下，這個對push-push振蕩器的基本要求隨著振蕩器工作頻率的不斷升高而越來越難實現(xiàn)。
[0004]傳統(tǒng)的單端壓控振蕩器集成電路如圖1所示，該集成壓控振蕩器主要由三部分組成:
[0005]第一部分為LC諧振腔模塊(LC Tank),由La和Cvl組成，La為電感，Cvl為壓控可變電容器(varactor)或是變?nèi)荻O管(varactor diode)。L1和Cvl的值決定了振蕩器的振蕩頻率(COtl ^ I/ (L1XCvl) 1/2 )，該振蕩頻率可通過控制Vc的電壓值來改變。
[0006]第二部分為有源放大器模塊，主要由晶體管(可以是雙極型或者CM0S)，電容和電阻等器件組成。該放大器網(wǎng)絡(luò)的主要功能是為LC Tank提供振蕩所需的能量。
[0007]第三部分為給有源放大器模塊提供電流偏置的偏置電流源模塊，該偏置電路可由電阻電流源，有源器件電流源等構(gòu)成。
[0008]由2個單端壓控振蕩器，如圖1所示，組合在一起就可以構(gòu)成一個push-push壓控振蕩器，如圖2所示。兩個單端振蕩器的輸出信號分別可從A點和B點提取出來，并通過電容Ca和Cb進(jìn)行相加，如若兩個單端振蕩器的振蕩信號相差180度，在最終輸出點Vtjut可獲得二次諧波等偶次諧波。為確保微波push-push壓控振蕩器中兩個單端振蕩器工作在差分模式下，在當(dāng)今的CMOS或者SiGe工藝條件下往往需要采用特定技術(shù)來實現(xiàn)。傳統(tǒng)的技術(shù)有兩種:一種是增強(qiáng)電感1^和Lb之間的互感強(qiáng)度，但這種方法是以犧牲電感的Q值為前提，因此會對相位噪聲產(chǎn)生一定的影響。另一種技術(shù)是把電感La和Lb的接地端連在一起并引到芯片外面外接一個高Q值的大電感，該技術(shù)的原理是利用片外電感產(chǎn)生的高阻抗強(qiáng)度來迫使兩個單端的壓控振蕩器工作在差分模式下，這種方法可以使片上電感1^和Lb的Q值最優(yōu)化，因此不會造成相位噪聲的惡化，但是由于增加了一個片外電感就會增加整個收發(fā)機(jī)系統(tǒng)的成本，也會增加整個收發(fā)機(jī)系統(tǒng)PCB板的面積。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本實用新型的目的在于:提供一種輸出信號幅度大、相位噪聲低且可以無條件工作在差分模式下的push-push微波壓控振蕩器。
[0010]本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的:
[0011]它包括半導(dǎo)體材料襯底、置于半導(dǎo)體材料襯底上的push-push壓控振蕩器，push-push壓控振蕩器由兩個單端壓控振蕩器通過輸出節(jié)點進(jìn)行交流信號提取并相加組成；
[0012]單端壓控振蕩器由以下模塊連接形成:帶輸出節(jié)點的有源放大器模塊、偏置電流源模塊和LC諧振腔模塊；
[0013]帶輸出節(jié)點的有源放大器模塊:與LC諧振腔模塊連接并為LC諧振腔模塊提供振蕩所需的能量；
[0014]LC諧振腔模塊:振蕩器發(fā)生振蕩的電路模塊,決定著振蕩器的振蕩頻率以及相位噪聲性能；
[0015]偏置電流源模塊:與有源放大器模塊連接，為有源放大器模塊提供直流電流偏置；
[0016]其特征在于:pUSh-pUSh壓控振蕩器的兩個單端壓控振蕩器中，有源放大器模塊與偏置電流源模塊之間還分別連接有提高偏置電流源模塊的高頻輸出阻抗、進(jìn)而增強(qiáng)整個振蕩器的環(huán)路增益的寬帶高頻阻抗網(wǎng)絡(luò)模塊Tla、Tlb ；push-push壓控振蕩器的兩個LC振蕩槽模塊相互連接且電感連接處通過寬帶高頻阻抗網(wǎng)絡(luò)模塊Ttl接地使得兩個單端壓控振蕩器工作在差分模式下；如圖4所示，該高頻阻抗網(wǎng)絡(luò)的輸入阻抗可以表示為:
[0017]
【權(quán)利要求】
1.一種push-push微波壓控振蕩器集成電路，它包括半導(dǎo)體材料襯底、置于半導(dǎo)體材料襯底上的push-push壓控振蕩器，push-push壓控振蕩器由兩個單端壓控振蕩器通過輸出節(jié)點進(jìn)行交流信號提取并相加組成； 單端壓控振蕩器由以下模塊連接形成:帶輸出節(jié)點的有源放大器模塊、偏置電流源模塊和LC諧振腔模塊； 帶輸出節(jié)點的有源放大器模塊:與LC諧振腔模塊連接并為LC諧振腔模塊提供振蕩所需的能量； LC諧振腔模塊:振蕩器發(fā)生振蕩的電路模塊,決定著振蕩器的振蕩頻率以及相位噪聲?生倉泛; 偏置電流源模塊:與有源放大器模塊連接，為有源放大器模塊提供直流電流偏置； 其特征在于=PUSh-PUSh壓控振蕩器的兩個單端壓控振蕩器中，有源放大器模塊與偏置電流源模塊之間還分別連接有提高偏置電流源模塊的高頻輸出阻抗、進(jìn)而增強(qiáng)整個振蕩器的環(huán)路增益的寬帶高頻阻抗網(wǎng)絡(luò)模塊Tla、Tlb ；push-push壓控振蕩器的兩個LC諧振腔模塊相互連接且電感連接處通過寬帶高頻阻抗網(wǎng)絡(luò)模塊Ttl接地使得兩個單端壓控振蕩器工作在差分模式下； 高頻阻抗網(wǎng)絡(luò)的輸入阻抗可以表示為:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的push-push微波壓控振蕩器集成電路，其特征在于:所述寬帶高頻阻抗網(wǎng)絡(luò)模塊均為由若干個LC振蕩網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)而成，且每個寬帶高頻阻抗網(wǎng)絡(luò)模塊中每個LC網(wǎng)絡(luò)的振蕩頻率不同，使得在覆蓋目標(biāo)頻率的一段通頻帶內(nèi)形成高交流阻抗。
【文檔編號】H03B5/18GK203747753SQ201420153454
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年3月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月31日
【發(fā)明者】黃果池 申請人:黃果池