本發(fā)明涉及微電子學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，更具體的說，它涉及一種基于二次諧波交叉注入鎖定技術(shù)的正交壓控振蕩器電路。

背景技術(shù)：

無線收發(fā)系統(tǒng)分為發(fā)射無線電波的發(fā)射系統(tǒng)和接收無線電波的接收系統(tǒng)。其中，用于接收無線電波的發(fā)射系統(tǒng)由數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器(digital-to-analogconverter,dac)、混頻器、振蕩器、功率放大器(poweramplifier,pa)等模塊構(gòu)成；接收系統(tǒng)由低噪聲放大器(lownoiseamplifier,lna)、混頻器、振蕩器、低通濾波器、模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(analog-to-digitalconverter,adc)等模塊構(gòu)成，無線收發(fā)系統(tǒng)整體框圖如圖1所示。在低中頻和零中頻結(jié)構(gòu)的收發(fā)系統(tǒng)中，正交本振信號(hào)是不可或缺的。

目前有多種方法可以產(chǎn)生正交本振信號(hào)，如差分振蕩器和多相濾波器(poly-phasefilter)組合、vco和除二分頻器組合、耦合振蕩器等。差分振蕩器+多相濾波器組合中的多相濾波器會(huì)引入額外的損耗和相位誤差，vco和除二分頻器組合需要vco的震蕩頻率為所需本振頻率的兩倍，電路的設(shè)計(jì)難度會(huì)大大增加。因此，目前最為廣泛的方法是用耦合振蕩器來產(chǎn)生正交本振信號(hào)。圖2所示是將兩個(gè)相同的差分振蕩器進(jìn)行反相耦合來產(chǎn)生正交信號(hào)，圖3所示是利用兩個(gè)相同振蕩器的差分輸出信號(hào)結(jié)合非線性器件產(chǎn)生二倍頻信號(hào)，再通過注入鎖定技術(shù)實(shí)現(xiàn)正交本振信號(hào)的產(chǎn)生。但上述兩種方法都存在耦合管引入的噪聲惡化壓控振蕩器的相位噪聲、耦合管的功耗導(dǎo)致振蕩器的整體功耗增加等技術(shù)缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，結(jié)合本身科研實(shí)踐需求開發(fā)了相位噪聲小、功耗低的一種基于二次諧波交叉注入鎖定技術(shù)的正交壓控振蕩器電路。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種基于二次諧波交叉注入鎖定技術(shù)的正交壓控振蕩器電路，包括兩個(gè)差分電容電感壓控振蕩器電路、兩個(gè)二次諧波注入結(jié)構(gòu)電路、兩根二次諧波處的1/4波長(zhǎng)傳輸線和一個(gè)尾電流管；每個(gè)差分電容電感壓控振蕩器電路包括兩個(gè)nmos管、一個(gè)帶中心抽頭的電感、兩個(gè)變?nèi)莨堋蓚€(gè)mim電容和兩個(gè)電阻,電感的一端作為差分電容電感壓控振蕩器電路的正相輸出端，另一端作為差分電容電感壓控振蕩器電路的反相輸出端，兩個(gè)電阻的一端相互連接，并作為差分電容電感壓控振蕩器電路的變?nèi)莨芷秒妷狠斎攵?，兩個(gè)變?nèi)莨艿囊欢讼嗷ミB接，并作為差分電容電感壓控振蕩器電路的控制電壓輸入端，兩個(gè)nmos管的源極相互連接并接地；所述二次諧波注入結(jié)構(gòu)包括一個(gè)耦合電容、一個(gè)偏置電阻和一個(gè)注入管；所述注入管的漏極與差分電容電感壓控振蕩器電路的正相輸出端連接，注入管的源極與差分電容電感壓控振蕩器電路的反相輸出端連接，所述差分電容電感壓控振蕩器電路與尾電流管連接，所述尾電流管用來提供偏置電流，所述差分電容電感壓控振蕩器電路的電感與二次諧波注入結(jié)構(gòu)連接。

進(jìn)一步的，所述差分電容電感壓控振蕩器電路的兩個(gè)nmos管為第一nmos管、第二nmos管，所述兩個(gè)變?nèi)莨転榈谝蛔內(nèi)莨?、第二變?nèi)莨埽鰞蓚€(gè)mim電容為第一電容、第二電容，所述兩個(gè)電阻為第一電阻和第二電阻，所述第一nmos管的漏極、第二nmos管的柵極、第一mim電容的一端和電感的一端相連，作為差分電容電感壓控振蕩器電路的正相輸出端；第二nmos管的漏極、第一nmos管的柵極、第二mim電容的一端和電感的另一端相連，作為差分電容電感壓控振蕩器電路的反相輸出端；第一電容的另一端、第一電阻的一端和第一變?nèi)莨艿囊欢讼噙B；第二電容的另一端、第二電阻的一端和第二變?nèi)莨艿囊欢讼噙B。

進(jìn)一步的，所述二次諧波注入結(jié)構(gòu)電路包括一個(gè)耦合電容、一個(gè)偏置電阻和一個(gè)注入管；所述耦合電容的一端作為信號(hào)注入端；所述耦合電容的另一端與偏置電阻的一端、注入管的柵極相連接；偏置電阻的另一端為偏置電壓輸入端。

進(jìn)一步的，所述兩個(gè)二次諧波注入結(jié)構(gòu)電路和兩個(gè)差分電容電感壓控振蕩器電路，將兩個(gè)二次諧波注入結(jié)構(gòu)電路的信號(hào)注入端交叉連接到另一個(gè)差分電容電感壓控振蕩器電路的電感的中心抽頭。

進(jìn)一步的，所述差分電容電感壓控振蕩器電路的電感的中心抽頭與二次諧波處1/4波長(zhǎng)傳輸線的一端連接，所述二次諧波處1/4波長(zhǎng)傳輸線的另一端與尾電流管的漏極相連。

本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)優(yōu)點(diǎn)在于：本發(fā)明利用諧波交叉耦合注入技術(shù)和振蕩器的注入鎖定分頻特性，實(shí)現(xiàn)基于二次諧波交叉注入鎖定的正交壓控振蕩器電路。所引入的注入管在直流狀態(tài)下不產(chǎn)生功耗，同時(shí)注入管的噪聲對(duì)差分電容電感壓控振蕩器來說是共模噪聲，可以實(shí)現(xiàn)很好的抑制。因此，本發(fā)明所提出的正交壓控振蕩器電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、耦合電路對(duì)壓控振蕩器基波信號(hào)的性能如相位噪聲和功耗等基本沒有影響的優(yōu)點(diǎn)，非常適合高性能正交本振信號(hào)的產(chǎn)生。

附圖說明

圖1為一種無線收發(fā)系統(tǒng)的框圖；

圖2為一種基于基波反相耦合的正交壓控振蕩器結(jié)構(gòu)；

圖3為一種基于基波非線性耦合的正交壓控振蕩器結(jié)構(gòu)；

圖4為本發(fā)明一種基于二次諧波交叉注入鎖定技術(shù)的正交壓控振蕩器電路的結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。

一種基于二次諧波交叉注入鎖定技術(shù)的正交壓控振蕩器電路，包括兩個(gè)差分電容電感壓控振蕩器電路、兩個(gè)二次諧波注入結(jié)構(gòu)電路、兩根二次諧波處的1/4波長(zhǎng)傳輸線和一個(gè)尾電流管。將兩個(gè)差分電容電感壓控振蕩器電路、兩個(gè)二次諧波注入結(jié)構(gòu)電路、兩根二次諧波處的1/4波長(zhǎng)傳輸線分別命名為第一差分電容電感壓控振蕩器電路、第二差分電容電感壓控振蕩器電路，第一二次諧波注入結(jié)構(gòu)電路、第二二次諧波注入結(jié)構(gòu)電路，第一二次諧波處的1/4波長(zhǎng)傳輸線，第二二次諧波處的1/4波長(zhǎng)傳輸線。所述每個(gè)差分電容電感壓控振蕩器電路包括兩個(gè)nmos管、一個(gè)帶中心抽頭的電感、兩個(gè)變?nèi)莨堋蓚€(gè)mim電容和兩個(gè)電阻。

如圖4所示，第一差分電容電感壓控振蕩器電路包括第一nmos管mn1、第二nmos管mn2、第一電感l(wèi)1、第一變?nèi)莨躢var1、第二變?nèi)莨躢var2、第一mim電容c1、第二mim電容c2、第一電阻r1和第二電阻r2。第一nmos管mn1的漏極、第二nmos管mn2的柵極、第一注入管mn3的漏極、第一mim電容c1的一端和第一電感l(wèi)1的一端相連，并作為正交壓控振蕩器i路正向輸出端vout_i。第二nmos管mn2的漏極、第一nmos管mn1的柵極、第一注入管mn3的源極、第二mim電容c2的一端和第一電感l(wèi)1的另一端相連，作為正交壓控振蕩器i路反相輸出端vout_ib。第一電容c1的另一端、第一電阻r1的一端、第一變?nèi)莨躢var1的一端相連；第二電容c2的另一端、第二電阻r2的一端、第二變?nèi)莨躢var2的一端相連。第一電阻r1的另一端、第二電阻r2的另一端連接正交壓控振蕩器變?nèi)莨芷秒妷狠斎攵藇bias。第一變?nèi)莨躢var1的另一端與第二變?nèi)莨躢var2的另一端連接正交壓控振蕩器變?nèi)莨芸刂齐妷狠斎攵藇tune。第一nmos管mn1的源極和第二nmos管mn2的源極相連并接地。

第二差分電容電感壓控振蕩器電路包括第三nmos管mn3、第四nmos管mn4、第二電感l(wèi)2、第三變?nèi)莨躢var3、第四變?nèi)莨躢var4、第三mim電容c3、第四mim電容c4、第三電阻r3和第四電阻r4。第四nmos管mn4的漏極、第五nmos管mn5的柵極、第二注入管mn6的漏極、第四mim電容c4的一端和第二電感l(wèi)2的一端相連，作為正交壓控振蕩器q路正向輸出端vout_q。第五nmos管mn5的漏極、第四nmos管mn4的柵極、第二注入管mn6的源極、第五mim電容c5的一端和第二電感l(wèi)2的另一端相連，作為正交壓控振蕩器q路反相輸出端vout_qb。第四電容c4的另一端、第四電阻r4的一端和第三變?nèi)莨躢var3的一端相連；第五電容c5的另一端、第五電阻54的一端和第四變?nèi)莨躢var4的一端相連。第四電阻r4的另一端、第五電阻r5的另一端連接正交壓控振蕩器的變?nèi)莨芷秒妷狠斎攵藇bias。第三變?nèi)莨躢var3的另一端與第四變?nèi)莨躢var4的另一端連接正交壓控振蕩器變?nèi)莨芸刂齐妷狠斎攵藇tune。第四nmos管mn4的源極和第五nmos管mn5的源極相連并接地。

第一二次諧波注入結(jié)構(gòu)電路包括第一注入管mn3、第三電阻r3和第三電容c3；第二二次諧波注入結(jié)構(gòu)電路包括第二注入管mn6、第六電阻r6和第六電容c6。第一注入管mn3的柵極、第三電阻r3的一端和第三電容c3的一端連接，第二注入管mn6的柵極、第六電阻r6的一端和第六電容c6的一端連接。第三電阻r3的另一端和第六電阻r6的另一端連接，并作為正交壓控振蕩器注入管偏置電壓輸入端vbias_n。第一電感l(wèi)1的中心抽頭、第一二次諧波處1/4波長(zhǎng)傳輸線t1的一端與第六電容c6的一端連接；第二電感l(wèi)2的中心抽頭、第二二次諧波處1/4波長(zhǎng)傳輸線t2的一端與第三電容c3的一端連接；第一二次諧波處1/4波長(zhǎng)傳輸線t1的另一端與第二二次諧波處1/4波長(zhǎng)傳輸線t2的另一端、pmos管mp1的漏極相連；pmos管mp1的柵極連接正交壓控振蕩器的偏置電壓輸入端vbias_p，pmos管mp1的源極連接vdd，所述pmos管為尾電流管。

尾電流管mp1用來提供偏置電流，電流大小由mp1的寬長(zhǎng)比和偏置電壓vbias_p決定。兩個(gè)壓控振蕩器產(chǎn)生振蕩信號(hào)并分別在諧振電感l(wèi)1和l2的中心抽頭處輸出二次諧波電流，這兩個(gè)電流分別通過二次諧波處的1/4波長(zhǎng)傳輸線從而在兩個(gè)諧振電感l(wèi)1和l2的中心抽頭處產(chǎn)生二次諧波電壓v_2f0和vb_2f0。上述兩個(gè)二次諧波電壓經(jīng)電容c3和c6隔直、r3和r6偏置后分別注入到mn3和mn6的柵極。第一差分電容電感壓控振蕩器電路和第一注入管mn3、第二差分電容電感壓控振蕩器電路和第二注入管mn6構(gòu)成了兩個(gè)注入鎖定除二分頻器電路；再結(jié)合二次諧波交叉注入結(jié)構(gòu)電路，促使諧振電感l(wèi)1和l2中心抽頭處二次諧波電壓之間的相位差為180°。根據(jù)振蕩器基波與二次諧波之間的相位關(guān)系，兩個(gè)振蕩器基波之間的相位差為90°，以此實(shí)現(xiàn)基于二次諧波注入鎖定的正交壓控振蕩器。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明保護(hù)范圍內(nèi)。