专利名称：一种高精度lc正交压控振荡器的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及ー种振荡器的装置，尤其是涉及ー种高精度LC正交压控振荡器的装置。
背景技术：
LC正交压控振荡器由于具有低相噪、低功耗，宽频率调谐范围的优点而应用于GPS接收芯片中，为接收系统提供正交的本振信号(fn = 1575. 42MHz)。但是LC正交压控振荡器存在双峰振荡现象LC正交压控振荡器的耦合路径上的相位移量0 (包括互连线上的分布式RC效应，MOS晶体的栅极电阻，晶体管的延迟效应，LC谐振回路的串联损耗)对振荡器的频率进行调制，使得输出信号的频率以LC谐振回路的谐振频率为中心发生正向偏 移或负向偏移，振荡器的频率精度发生了衰减。
实用新型内容本实用新型主要是解决现有技术所存在的技术问题；提供了ー种采用该电路来调整LC正交压控振荡器耦合路径的相位移量，提高输出信号的频率精度的ー种高精度LC正交压控振荡器的装置。本实用新型的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的ー种高精度LC正交压控振荡器的装置，其特征在于，包括ー个LC正交压控振荡器以及四个RC压控移相器，所述RC压控移相器的输入端接LC正交压控振荡器的耦合路径的一端，RC压控移相器的输出端接LC正交压控振荡器的耦合路径的另一端。在上述的ー种高精度LC正交压控振荡器的装置，LC正交压控振荡器包括两个对称的第一 LC压控振荡器和第二 LC压控振荡器，以及两对耦合晶体管差分对；Mcs3,Mcs4);所述耦合晶体管差分对Mesl，耦合晶体管差分对Mes2的漏极分别同所述第一 LC压控振荡器的差分输出端QN，QP相连，所述耦合晶体管差分对Mesl，耦合晶体管差分对Mes2的栅极分别同所述第二 LC压控振荡器的耦合路径端INI，IPl相连，所述耦合晶体管差分对Mc^耦合晶体管差分对As2的源极同电流源1。31相连；所述耦合晶体管差分对Mc^，耦合晶体管差分对Mc^4的漏极分别同所述第二 LC压控振荡器的差分输出端IP，IN相连，所述耦合晶体管差分对Mc^耦合晶体管差分对Mes4的栅极分别同所述第一 LC压控振荡器的耦合路径端QNl, QPl相连，所述耦合晶体管差分对Mes3,耦合晶体管差分对Mes4的源极同电流源Ies2相连。在上述的ー种高精度LC正交压控振荡器的装置，LC正交压控振荡器还包括ー对串联连接的对称LC并联谐振回路，以及ー对压控振荡器核晶体管差分对(Msw1，Msw2)和ー对压控振荡器核晶体管差分对(Msw3，Msw4);所述压控振荡器核晶体管差分对Mswl，压控振荡器核晶体管差分对Msw2的漏极分别同第一 LC压控振荡器的差分输出端QN，QP相连，所述压控振荡器核晶体管差分对Mswl，压控振荡器核晶体管差分对Msw2的栅极分别同第一 LC压控振荡器的差分输出端QP，QN相连，所述压控振荡器核晶体管差分对Mswl，压控振荡器核晶体管差分对Msw2的源极同电流源Iswl相连；所述压控振荡器核晶体管差分对Msw3，压控振荡器核晶体管差分对Msw4的漏极分别同第二 LC压控振荡器的差分输出端IP，IN相连，所述压控振荡器核晶体管差分对Msw3，压控振荡器核晶体管差分对Msw4的栅极分别同第二 LC压控振荡器的差分输出端IN，IP相连，所述压控振荡器核晶体管差分对Msw3，压控振荡器核晶体管差分对Msw4的源极同电流源Isw2相连。在上述的ー种高精度LC正交压控振荡器的装置，RC压控移相器包括ー个NMOS晶体管M1,以及一端分别接NMOS晶体管M1漏极的隔直电容Cdl和接NMOS晶体管M1源极的隔直电容Cd2，所述隔直电容Cdl另一端通过一反型MOS管电容串联对接隔直电容Cd3，所述反型MOS管电容串联对包括反型MOS管电容C1和反型MOS管电容C2 ;所述反型MOS管电容C1和反型MOS管电容C2上分別并联有一稳压电阻R3和稳压电阻R4 ;所述隔直电容Cd2另一端通过电阻R5接在隔直电容Cd3上，所述反型MOS管电容C1和反型MOS管电容C2之间还接有一稳压电阻R6,该RC压控移相器还包括一个串接在NMOS晶体管M1的漏极和源极上用于调节NMOS晶体管M1的漏极，源极的端电压的电阻R1和电阻R2。因此，本实用新型具有如下优点1.设计合理，结构简单且完全实用；2.采用该电路来调整LC正交压控振荡器耦合路径的相位移量，提高输出信号的频率精度。
图I是本实用新型中的LC正交压控振荡器的电路原理图；图2是本实用新型中的RC压控移相器的电路原理图；图3是本实用新型中的RC压控移相器的交流小信号等效电路；图4是本实用新型中的RC压控移相器的相频特性；图5是本实用新型中的RC压控移相器在LC正交压控振荡器中的使用状态示意图；图6a是本实用新型中的RC压控移相器调谐LC正交压控振荡器的振荡频率的仿真结果中当耦合路径的相移0于第四象限范围内变化吋，LC正交压控振荡器输出频率的变化范围及输出信号的振幅变化范围；图6b是本实用新型中的RC压控移相器调谐LC正交压控振荡器的振荡频率的仿真结果中以A = 4 (振荡频率f = 1604. 18MHz，振幅392. 5mV)为例，说明RC压控移相器调谐LC正交压控振荡器的输出频率。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进ー步具体的说明。实施例
以下结合附图及实施例，对本实用新型作进ー步详细的描述。參见图1，本实用新型中的LC正交压控振荡器包括两个对称的第一 LC压控振荡器、2 (图I虚线框内部分)，以及两对耦合晶体管差分对；Mcs3,Mcs4)。所述LC压控振荡器部分主要包括ー对串联连接的对称LC并联谐振回路，以及ー对压控振荡器核晶体管差分对(Msw1，Msw2)和一对压控振荡器核晶体管差分对(Msw3，Msw4)。所述第一 LC压控振荡器和2通过两对耦合晶体管差分对(Mc^pMes2 ；Mcs3,Mcs4)完成正交耦合作用，构成LC正交压控振荡器。其中VD。表示直流电压源，Vtum是ー个调谐电压，改变调谐电压Vtum的大小，可改变电容C的容值。Iswl和Isw2分别表示流入VCO核晶体管差分对Mswl，Msw2和Msw3，Msw4的电流，Icsi和し2分别表示流入耦合晶体管差分对Mesl，Mcs2和Mes3，Mcs4的电流。0表示LC正交压控振荡器四条耦合路径(IP — IPl, IN — INI, QP — QPl, QN — QNl)上的相位移量。图2是本实用新型提出的RC压控移相器，RC压控移相器包括ー个NMOS晶体管M1,以及一端分别接NMOS晶体管M1漏极的隔直电容Cdl和接NMOS晶体管M1源极的隔直电容Cd2，所述隔直电容Cdl另一端通过一反型MOS管电容串联对接隔直电容Cd3，所述反型MOS管电容串联对包括反型MOS管电容C1和反型MOS管电容C2 ;所述反型MOS管电容C1和反型MOS管电容C2上分別并联有一稳压电阻R3和稳压电阻R4 ;所述隔直电容Cd2另一端通过电阻R5接在隔直电容Cd3上，所述反型MOS管电容C1和反型MOS管电容C2之间还接有ー稳压电阻R6,该RC压控移相器还包括一个串接在NMOS晶体管M1的漏极和源极上用于调节NMOS晶体管M1的漏极，源极的端电压的电阻R1和电阻R2。 RC压控移相器采用NMOS晶体管(M1)分相，采用反型MOS管电容串联对(C1, C2)作为可调电容，和分相NMOS晶体管源极引出的电阻(R5)组成RC压控移相器。其中电阻R1,R2用于调节NMOS晶体管M1的漏极，源极的端电压。Cdl，Cd2, Cd3表示隔直电容。R3，R4, R6表示稳压电阻。Vbias表示可调电容正端的正偏置电压，Vrfri表示可调电容负端的控制电压。对于分相NMOS晶体管(M1)的漏极容抗臂对于高频交流信号，由于R3, R4和R6比变容管(CpC2)的容抗和内阻大得多，故不考虑其影响。隔直电容(Cdl)比变容管电容(C1,C2)大得多，容抗很小，可以忽略不计。假定变容管串联对的等效容值和等效阻值分别为cv，Rs。对于分相NMOS晶体管(M1)的源极电阻臂，假定电阻R5的等效阻值为R，l/(J Cd2)〈〈R。Cd2对交流的影响可以忽略。由此，RC压控移相器的等效电路如图3所示，其中Rtjut表示RC压控移相器的等效输出电阻。对于RC压控移相器，可以认为电容Cv的等效内阻Rs = 0，Rout —⑴，则RC压控移相器的传输函数可以表示为‘)=纖(1)由公式⑴可见RC压控移相器的最大移相范围可达到-180°。对RC压控移相器作交流分析，在输入端加ー个频率为1575. 42MHz的高频交流电压信号，设定可调电容的正端正偏置电压Vbias=L 8V，调整电阻R1, R2的阻值，确保分相NMOS晶体管(M1)的漏、源两级的端电压大小相等，方向相反，得到可调电容负端控制电压Vetri在OV — I. 8V变化范围内的RC压控移相器的移相范围，调整电阻R5的阻值，保证移相范围达到最大值。由图4可见，RC压控移相器在频率1575. 42MHz时的移相范围近似等于-180°。本实用新型由四个相同的移相范围近似为-180 °的RC压控移相器组成(參见图5)，它们分置于LC正交压控振荡器的四条耦合路径上(IP — IPl, IN — INI, QP — QPl, QN — QNl)，改变RC压控移相器的控制电压Vctrl，调节RC压控移相器的相移，当LC正交压控振荡器的耦合路径的总相移近似为±90°时，输出信号的频率f近似为LC谐振回路的谐振频率f。。下面举例说明RC压控移相器调谐LC正交压控振荡器的振荡频率f，其中LC正交压控振荡器电路工作參数为VDC = I. 8V, L = 3nH，C = 3401. 9fF，f。= 1575. 42MHz, Iswl =Isw2 = 3mA, Icsl = Ics2 = 3mA。LC谐振回路采用理想电容，则电容C的串联损耗r。= 0，LC谐振回路的串联损耗近似为电感L的串联损耗ri。由电感串联损耗F1引起的耦合路径的相移0 G (-90°，0° )，LC正交压控振荡器的输出频率关于f。发生正向偏移。图6(a)提供了巧=3 — 10时，振荡频率的变化范围1587. 86MHz — 1655. 78MHz，振幅的变化范围:496. 315mV — 174. 994mV。以 T1 = 4 (振荡频率 f = 1604. 18MHz，振幅 392. 5mV)为例，说明RC压控移相器调谐LC正交压控振荡器的输出频率由图6 (b)可见，当RC压控移相器的控制电压Vrtri = I. 29V吋，LC正交压控振荡器的振幅等于524. 8mV，耦合路径相位偏移-20. 5°，耦合路径总相移近似等于-90°，振荡频率f= 1574. 94MHz，振荡频率相对于f。而言，频率精度达到了 10_4数量级。本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
权利要求1.ー种高精度LC正交压控振荡器的装置，其特征在于，包括ー个LC正交压控振荡器以及四个RC压控移相器，所述RC压控移相器的输入端接LC正交压控振荡器的耦合路径的ー端，RC压控移相器的输出端接LC正交压控振荡器的耦合路径的另一端。
2.根据权利要求I所述的ー种高精度LC正交压控振荡器的装置，其特征在干，LC正交压控振荡器包括两个对称的第一 LC压控振荡器和第二 LC压控振荡器，以及两对耦合晶体管差分对Mesl,Mcs2 ；Mcs3,Mcs4 ;所述稱合晶体管差分对Mesl,稱合晶体管差分对Mes2的漏极分别同所述第一 LC压控振荡器的差分输出端QN，QP相连，所述耦合晶体管差分对Mesl，耦合晶体管差分对Mes2的栅极分别同所述第二 LC压控振荡器的耦合路径端INl，IPl相连，所述耦合晶体管差分对Md，耦合晶体管差分对As2的源极同电流源1。31相连；所述耦合晶体管差分对Mc^,耦合晶体管差分对Mes4的漏极分别同所述第二 LC压控振荡器的差分输出端IP，IN 相连，所述耦合晶体管差分对Mc^,耦合晶体管差分对Mes4的栅极分别同所述第一 LC压控振荡器的耦合路径端QNl，QPl相连，所述耦合晶体管差分对Mes3，耦合晶体管差分对Mes4的源极同电流源1。,2相连。
3.根据权利要求I或2所述的ー种高精度LC正交压控振荡器的装置，其特征在干，LC正交压控振荡器还包括ー对串联连接的对称LC并联谐振回路，以及ー对压控振荡器核晶体管差分对化がMsw2和一对压控振荡器核晶体管差分对Msw3，Msw4;所述压控振荡器核晶体管差分对Mswl,压控振荡器核晶体管差分对Msw2的漏极分别同第一 LC压控振荡器的差分输出端QN，QP相连，所述压控振荡器核晶体管差分对Mswl，压控振荡器核晶体管差分对Msw2的栅极分别同第一 LC压控振荡器的差分输出端QP，QN相连，所述压控振荡器核晶体管差分对Mswl，压控振荡器核晶体管差分对Msw2的源极同电流源Iswl相连；所述压控振荡器核晶体管差分对Msw3,压控振荡器核晶体管差分对Msw4的漏极分别同第二 LC压控振荡器的差分输出端IP，IN相连，所述压控振荡器核晶体管差分对Msw3，压控振荡器核晶体管差分对Msw4的栅极分别同第二 LC压控振荡器的差分输出端IN，IP相连，所述压控振荡器核晶体管差分对Msw3，压控振荡器核晶体管差分对Msw4的源极同电流源Isw2相连。
4.根据权利要求I所述的ー种高精度LC正交压控振荡器的装置，其特征在干，RC压控移相器包括ー个NMOS晶体管M1,以及一端分别接NMOS晶体管M1漏极的隔直电容Cdl和接NMOS晶体管M1源极的隔直电容Cd2，所述隔直电容Cdl另一端通过一反型MOS管电容串联对接隔直电容Cd3，所述反型MOS管电容串联对包括反型MOS管电容C1和反型MOS管电容C2 ;所述反型MOS管电容C1和反型MOS管电容C2上分別并联有一稳压电阻R3和稳压电阻R4 ；所述隔直电容Cd2另一端通过电阻R5接在隔直电容Cd3上，所述反型MOS管电容C1和反型MOS管电容C2之间还接有一稳压电阻R6,该RC压控移相器还包括一个串接在NMOS晶体管M1的漏极和源极上用于调节NMOS晶体管M1的漏极，源极的端电压的电阻R1和电阻R2。
专利摘要本实用新型涉及一种高精度LC正交压控振荡器的装置由LC正交压控振荡器和RC压控移相器组成。本实用新型专利中，LC正交压控振荡器的耦合路径的一端接RC压控移相器的输入端，耦合路径的另一端接RC压控移相器的输出端。调节RC压控移相器的调谐电压，改变RC压控移相器的相位移量，调节耦合路径的总相移，提高LC正交压控振荡器输出信号的频率精度。
文档编号H03B5/04GK202406087SQ20112052864
公开日2012年8月29日 申请日期2011年12月16日 优先权日2011年12月16日
发明者刘经南, 江金光, 赵静 申请人:武汉大学