專利名稱：具有良好相位噪聲性能的壓控振蕩器及電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于模擬電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域，特別涉及一種具有良好相位噪聲性能的壓控振蕩器及電路。
背景技術(shù)：
壓控振蕩器(VCO)用來產(chǎn)生振蕩信號，在模擬電路中有重要的作用。使用電感電容構(gòu)成諧振電路的LC VCO具有振蕩頻率高、選頻精度高、相位噪聲小等特點(diǎn)，因此得到了廣泛的應(yīng)用。LC VCO可以使用負(fù)阻結(jié)構(gòu)的電路來實(shí)現(xiàn)，以有源器件實(shí)現(xiàn)負(fù)阻，抵消回路中的正阻損耗，使電路產(chǎn)生自激振蕩。在集成電路中，通常需要差分的振蕩信號，因此需要構(gòu)造差分的負(fù)阻型LC VC0，其中一種實(shí)現(xiàn)電路如圖1所示。MP1/MP2管構(gòu)成一個(gè)負(fù)阻電路、麗3/MN4管構(gòu)成另一個(gè)負(fù)阻電路，兩個(gè)負(fù)阻電路和LC諧振回路并聯(lián)，通過自激振蕩產(chǎn)生差分輸出電壓Vout I和Vout2。該VCO中各個(gè)MOS管的噪聲對振蕩器的相位噪聲都有貢獻(xiàn)，其中NMOS管麗3和MN4的閃爍噪聲(1/f噪聲)所占比重最大，VCO的相位噪聲性能有待提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有較好的相位噪聲性能的壓控振蕩器。另一目的在于提供具有這種壓控振蕩器的電路。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:一種壓控振蕩器，包括第一 MOS管、第二 MOS管、第三MOS管和第四MOS管，所述第一 MOS管和所述第二 MOS管的源極接電源，所述第三MOS管和所述第四MOS管的源極接地，所述第一 MOS管的漏極通過第一 LC諧振單元連接所述第三MOS管的漏極，所述第一 MOS管的柵極連接所述第三MOS管的漏極，所述第三MOS管的柵極連接所述第二 MOS管的漏極，所述第二 MOS管的漏極通過第二 LC諧振單元連接所述第四MOS管的漏極，所述第二 MOS管的柵極連接所述第四MOS管的漏極，所述第四MOS管的柵極連接所述第一 MOS管的漏極。優(yōu)選地，所述壓控振蕩器還可包括第一反相器、第二反相器、第三反相器和第四反相器，所述第一反相器的輸入端連接所述第一 MOS管的漏極，所述第二反相器的輸入端連接所述第二MOS管的漏極，所述第三反相器的輸入端連接所述第三MOS管的漏極，所述第四反相器的輸入端連接所述第四MOS管的漏極。優(yōu)選地，所述第一 MOS管和所述第二 MOS管為PMOS管，所述第三MOS管和所述第四MOS管為NMOS管。一種電路，包括所述的壓控振蕩器。本發(fā)明有益的技術(shù)效果:本發(fā)明的壓控振蕩器將LC諧振單元串聯(lián)在電路中，在直流狀態(tài)下，振蕩器具有穩(wěn)定的工作點(diǎn)；在諧振頻率處，LC諧振單元產(chǎn)生高阻抗，使得電路進(jìn)入正反饋狀態(tài)，從而產(chǎn)生振蕩。該壓控振蕩器具有較好的相位噪聲性能。


圖1是經(jīng)典負(fù)阻型LC VCO的電路原理圖；圖2是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的LC VCO的電路原理圖；圖3是圖2所示LC VCO的另一種等效電路原理圖；圖4是圖2所示LC VCO在直流下的等效電路圖；圖5是圖2所不LC VCO在振湯頻率附近的等效電路圖；圖6是本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的LC VCO的電路原理圖；圖7是圖1經(jīng)典VCO和圖2所示VCO的相位噪聲比較。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明提出的VCO的實(shí)施例作詳細(xì)說明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。如圖2所示，在一個(gè)具體實(shí)施例里，壓控振蕩器包括第一 PMOS管MP1、第二 PMOS管MP2、第三NMOS管MN3和第四NMOS管MN3。為使描述直觀簡便，以下將第一 PMOS管、第二PMOS管、第三NMOS管和第四NMOS管分別稱為MPl管、MP2管、MN3管和MN4管。參見圖2，MPl管的柵極接Vout2節(jié)點(diǎn)，MPl管的漏極接Voutl節(jié)點(diǎn)，MPl管的源極接電源VDD。MP2管的柵極接Vout4節(jié)點(diǎn)，MP2管的漏極接Vout3節(jié)點(diǎn)，MPl管的源極接電源VDD0 MN3管的柵極接Vout3節(jié)點(diǎn)，MN3管的漏極接Vout2節(jié)點(diǎn)，MN3管的源極接GND。MN4管的柵極接Voutl節(jié)點(diǎn)，MN4管的漏極接Vout4節(jié)點(diǎn)，MN4管的源極接GND。一組LC諧振單元串接在Vout I和Vout2之間，另一組LC諧振單元串接在Vout3和Vout4之間。Voutl和Vout2是反相彳目號，Vout3和Vout4是反相彳目號；Voutl和Vout3是同相彳目號，Vout2和Vout4是同相信號。Voutl、Vout2、Vout3、Vout4均可作為VCO的輸出使用。如圖2所示，其中MPl管以及和MPl管串聯(lián)的、位于MPl管柵極和漏極之間的LC諧振單元構(gòu)成麗3管的負(fù)載；MP2管以及和MP2管串聯(lián)的、位于MP2管柵極和漏極之間的LC諧振單元構(gòu)成MN4管的負(fù)載。將圖2的電路原理圖轉(zhuǎn)化為等效的圖3的電路原理圖，可見MN3管及其負(fù)載構(gòu)成一個(gè)共源放大器，MN4管及其負(fù)載構(gòu)成另一個(gè)共源放大器，兩個(gè)共源放大器的輸入、輸出交叉連接，形成一種交叉耦合的結(jié)構(gòu)。在直流狀態(tài)下，電感L相當(dāng)于短路，電容C相當(dāng)于開路，此時(shí)振蕩器電路可以簡化為圖4，是兩個(gè)使用二極管結(jié)構(gòu)MOS管作為負(fù)載的共源放大器的連接。當(dāng)每個(gè)放大器的直流增益小于I時(shí)，這一電路具有穩(wěn)定的直流工作點(diǎn)。在VCO的諧振頻率附近，LC諧振單元具有很高的阻抗，定義該阻抗為Z，則此時(shí)VCO的等效電路圖如圖5a所示。此時(shí)其半邊電路的開環(huán)增益，參考圖5b，可得公式(I)。其中g(shù) 為NMOS管的跨導(dǎo)、為NMOS管的輸出電阻、gmp為PMOS管的跨導(dǎo)、為PMOS管的輸出電阻。從公式(I)可知此增益遠(yuǎn)大于I時(shí)，電路為正反饋，且滿足振蕩條件，從而VCO開始
振蕩工作。

權(quán)利要求
1.一種壓控振蕩器，其特征在于，包括第一 MOS管、第二 MOS管、第三MOS管和第四MOS管，所述第一 MOS管和所述第二 MOS管的源極接電源，所述第三MOS管和所述第四MOS管的源極接地，所述第一 MOS管的漏極通過第一 LC諧振單元連接所述第三MOS管的漏極，所述第一 MOS管的柵極連接所述第三MOS管的漏極，所述第三MOS管的柵極連接所述第二 MOS管的漏極，所述第二 MOS管的漏極通過第二 LC諧振單元連接所述第四MOS管的漏極，所述第二 MOS管的柵極連接所述第四MOS管的漏極，所述第四MOS管的柵極連接所述第一 MOS管的漏極。
2.如權(quán)利要求1所述的壓控振蕩器，其特征在于，還包括第一反相器、第二反相器、第三反相器和第四反相器，所述第一反相器的輸入端連接所述第一 MOS管的漏極，所述第二反相器的輸入端連接所述第二 MOS管的漏極，所述第三反相器的輸入端連接所述第三MOS管的漏極，所述第四反相器的輸入端連接所述第四MOS管的漏極。
3.如權(quán)利要求1或2所述的壓控振蕩器，其特征在于，所述第一MOS管和所述第二MOS管為PMOS管，所述第三MOS管和所述第四MOS管為NMOS管。
4.一種電路，其特征在于，包括如權(quán)利要求1或2或3所述的壓控振蕩器。
全文摘要
一種壓控振蕩器，包括第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管，所述第一MOS管和所述第二MOS管的源極接電源，所述第三MOS管和所述第四MOS管的源極接地，所述第一MOS管的漏極通過第一LC諧振單元連接所述第三MOS管的漏極，所述第一MOS管的柵極連接所述第三MOS管的漏極，所述第三MOS管的柵極連接所述第二MOS管的漏極，所述第二MOS管的漏極通過第二LC諧振單元連接所述第四MOS管的漏極，所述第二MOS管的柵極連接所述第四MOS管的漏極，所述第四MOS管的柵極連接所述第一MOS管的漏極。該壓控振蕩器將LC諧振單元串聯(lián)在電路中，具有較好的相位噪聲性能。
文檔編號H03B5/04GK103107772SQ20121056272
公開日2013年5月15日 申請日期2012年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月21日
發(fā)明者王自強(qiáng), 宋奕霖, 姜琿, 張春, 麥宋平, 姜漢鈞, 王志華 申請人:清華大學(xué)深圳研究生院