一种基于二次谐波交叉注入锁定技术的正交压控振荡器电路的制作方法

本实用新型涉及微电子学技术领域，更具体的说，它涉及一种基于二次谐波交叉注入锁定技术的正交压控振荡器电路。

背景技术：

无线收发系统分为发射无线电波的发射系统和接收无线电波的接收系统。其中，用于接收无线电波的发射系统由数字-模拟转换器(Digital-to-Analog Converter, DAC)、混频器、振荡器、功率放大器(Power Amplifier, PA)等模块构成；接收系统由低噪声放大器(Low Noise Amplifier, LNA)、混频器、振荡器、低通滤波器、模拟-数字转换器(Analog -to- Digital Converter, ADC)等模块构成，无线收发系统整体框图如图1所示。在低中频和零中频结构的收发系统中，正交本振信号是不可或缺的。

目前有多种方法可以产生正交本振信号，如差分振荡器和多相滤波器(Poly-phase Filter)组合、VCO和除二分频器组合、耦合振荡器等。差分振荡器+多相滤波器组合中的多相滤波器会引入额外的损耗和相位误差，VCO和除二分频器组合需要VCO的震荡频率为所需本振频率的两倍，电路的设计难度会大大增加。因此，目前最为广泛的方法是用耦合振荡器来产生正交本振信号。图2所示是将两个相同的差分振荡器进行反相耦合来产生正交信号，图3所示是利用两个相同振荡器的差分输出信号结合非线性器件产生二倍频信号，再通过注入锁定技术实现正交本振信号的产生。但上述两种方法都存在耦合管引入的噪声恶化压控振荡器的相位噪声、耦合管的功耗导致振荡器的整体功耗增加等技术缺陷。

技术实现要素：

本实用新型克服了现有技术的不足，结合本身科研实践需求开发了相位噪声小、功耗低的一种基于二次谐波交叉注入锁定技术的正交压控振荡器电路。

本实用新型的技术方案如下：

一种基于二次谐波交叉注入锁定技术的正交压控振荡器电路，包括两个差分电容电感压控振荡器电路、两个二次谐波注入结构电路、两根二次谐波处的1/4波长传输线和一个尾电流管；每个差分电容电感压控振荡器电路包括两个NMOS管、一个带中心抽头的电感、两个变容管、两个MIM电容和两个电阻,电感的一端作为差分电容电感压控振荡器电路的正相输出端，另一端作为差分电容电感压控振荡器电路的反相输出端，两个电阻的一端相互连接，并作为差分电容电感压控振荡器电路的变容管偏置电压输入端，两个变容管的一端相互连接，并作为差分电容电感压控振荡器电路的控制电压输入端，两个NMOS管的源极相互连接并接地；所述二次谐波注入结构包括一个耦合电容、一个偏置电阻和一个注入管；所述注入管的漏极与差分电容电感压控振荡器电路的正相输出端连接，注入管的源极与差分电容电感压控振荡器电路的反相输出端连接，所述差分电容电感压控振荡器电路与尾电流管连接，所述尾电流管用来提供偏置电流，所述差分电容电感压控振荡器电路的电感与二次谐波注入结构连接。

进一步的，所述差分电容电感压控振荡器电路的两个NMOS管为第一NMOS管、第二NMOS管，所述两个变容管为第一变容管、第二变容管，所述两个MIM电容为第一电容、第二电容，所述两个电阻为第一电阻和第二电阻，所述第一NMOS管的漏极、第二NMOS管的栅极、第一MIM电容的一端和电感的一端相连，作为差分电容电感压控振荡器电路的正相输出端；第二NMOS管的漏极、第一NMOS管的栅极、第二MIM电容的一端和电感的另一端相连，作为差分电容电感压控振荡器电路的反相输出端；第一电容的另一端、第一电阻的一端和第一变容管的一端相连；第二电容的另一端、第二电阻的一端和第二变容管的一端相连。

进一步的，所述二次谐波注入结构电路包括一个耦合电容、一个偏置电阻和一个注入管；所述耦合电容的一端作为信号注入端；所述耦合电容的另一端与偏置电阻的一端、注入管的栅极相连接；偏置电阻的另一端为偏置电压输入端。

进一步的，所述两个二次谐波注入结构电路和两个差分电容电感压控振荡器电路，将两个二次谐波注入结构电路的信号注入端交叉连接到另一个差分电容电感压控振荡器电路的电感的中心抽头。

进一步的，所述差分电容电感压控振荡器电路的电感的中心抽头与二次谐波处1/4波长传输线的一端连接，所述二次谐波处1/4波长传输线的另一端与尾电流管的漏极相连。

本实用新型相比现有技术优点在于：本实用新型利用谐波交叉耦合注入技术和振荡器的注入锁定分频特性，实现基于二次谐波交叉注入锁定的正交压控振荡器电路。所引入的注入管在直流状态下不产生功耗，同时注入管的噪声对差分电容电感压控振荡器来说是共模噪声，可以实现很好的抑制。因此，本实用新型所提出的正交压控振荡器电路具有结构简单、耦合电路对压控振荡器基波信号的性能如相位噪声和功耗等基本没有影响的优点，非常适合高性能正交本振信号的产生。

附图说明

图1为一种无线收发系统的框图；

图2为一种基于基波反相耦合的正交压控振荡器结构；

图3为一种基于基波非线性耦合的正交压控振荡器结构；

图4为本实用新型一种基于二次谐波交叉注入锁定技术的正交压控振荡器电路的结构图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。

一种基于二次谐波交叉注入锁定技术的正交压控振荡器电路，包括两个差分电容电感压控振荡器电路、两个二次谐波注入结构电路、两根二次谐波处的1/4波长传输线和一个尾电流管。将两个差分电容电感压控振荡器电路、两个二次谐波注入结构电路、两根二次谐波处的1/4波长传输线分别命名为第一差分电容电感压控振荡器电路、第二差分电容电感压控振荡器电路，第一二次谐波注入结构电路、第二二次谐波注入结构电路，第一二次谐波处的1/4波长传输线，第二二次谐波处的1/4波长传输线。所述每个差分电容电感压控振荡器电路包括两个NMOS管、一个带中心抽头的电感、两个变容管、两个MIM电容和两个电阻。

如图4所示，第一差分电容电感压控振荡器电路包括第一NMOS管MN1、第二NMOS管MN2、第一电感L1、第一变容管Cvar1、第二变容管Cvar2、第一MIM电容C1、第二MIM电容C2、第一电阻R1和第二电阻R2。第一NMOS管MN1的漏极、第二NMOS管MN2的栅极、第一注入管MN3的漏极、第一MIM电容C1的一端和第一电感L1的一端相连，并作为正交压控振荡器I路正向输出端Vout_I。第二NMOS管MN2的漏极、第一NMOS管MN1的栅极、第一注入管MN3的源极、第二MIM电容C2的一端和第一电感L1的另一端相连，作为正交压控振荡器I路反相输出端Vout_IB。第一电容C1的另一端、第一电阻R1的一端、第一变容管Cvar1的一端相连；第二电容C2的另一端、第二电阻R2的一端、第二变容管Cvar2的一端相连。第一电阻R1的另一端、第二电阻R2的另一端连接正交压控振荡器变容管偏置电压输入端Vbias。第一变容管Cvar1的另一端与第二变容管Cvar2的另一端连接正交压控振荡器变容管控制电压输入端Vtune。第一NMOS管MN1的源极和第二NMOS管MN2的源极相连并接地。

第二差分电容电感压控振荡器电路包括第三NMOS管MN3、第四NMOS管MN4、第二电感L2、第三变容管Cvar3、第四变容管Cvar4、第三MIM电容C3、第四MIM电容C4、第三电阻R3和第四电阻R4。第四NMOS管MN4的漏极、第五NMOS管MN5的栅极、第二注入管MN6的漏极、第四MIM电容C4的一端和第二电感L2的一端相连，作为正交压控振荡器Q路正向输出端Vout_Q。第五NMOS管MN5的漏极、第四NMOS管MN4的栅极、第二注入管MN6的源极、第五MIM电容C5的一端和第二电感L2的另一端相连，作为正交压控振荡器Q路反相输出端Vout_QB。第四电容C4的另一端、第四电阻R4的一端和第三变容管Cvar3的一端相连；第五电容C5的另一端、第五电阻54的一端和第四变容管Cvar4的一端相连。第四电阻R4的另一端、第五电阻R5的另一端连接正交压控振荡器的变容管偏置电压输入端Vbias。第三变容管Cvar3的另一端与第四变容管Cvar4的另一端连接正交压控振荡器变容管控制电压输入端Vtune。第四NMOS管MN4的源极和第五NMOS管MN5的源极相连并接地。

第一二次谐波注入结构电路包括第一注入管MN3、第三电阻R3和第三电容C3；第二二次谐波注入结构电路包括第二注入管MN6、第六电阻R6和第六电容C6。第一注入管MN3的栅极、第三电阻R3的一端和第三电容C3的一端连接，第二注入管MN6的栅极、第六电阻R6的一端和第六电容C6的一端连接。第三电阻R3的另一端和第六电阻R6的另一端连接，并作为正交压控振荡器注入管偏置电压输入端Vbias_N。第一电感L1的中心抽头、第一二次谐波处1/4波长传输线T1的一端与第六电容C6的一端连接；第二电感L2的中心抽头、第二二次谐波处1/4波长传输线T2的一端与第三电容C3的一端连接；第一二次谐波处1/4波长传输线T1的另一端与第二二次谐波处1/4波长传输线T2的另一端、PMOS管MP1的漏极相连；PMOS管MP1的栅极连接正交压控振荡器的偏置电压输入端Vbias_P，PMOS管MP1的源极连接VDD，所述PMOS管为尾电流管。

尾电流管MP1用来提供偏置电流，电流大小由MP1的宽长比和偏置电压Vbias_P决定。两个压控振荡器产生振荡信号并分别在谐振电感L1和L2的中心抽头处输出二次谐波电流，这两个电流分别通过二次谐波处的1/4波长传输线从而在两个谐振电感L1和L2的中心抽头处产生二次谐波电压V_2f0和VB_2f0。上述两个二次谐波电压经电容C3和C6隔直、R3和R6偏置后分别注入到MN3和MN6的栅极。第一差分电容电感压控振荡器电路和第一注入管MN3、第二差分电容电感压控振荡器电路和第二注入管MN6构成了两个注入锁定除二分频器电路；再结合二次谐波交叉注入结构电路，促使谐振电感L1和L2中心抽头处二次谐波电压之间的相位差为180°。根据振荡器基波与二次谐波之间的相位关系，两个振荡器基波之间的相位差为90°，以此实现基于二次谐波注入锁定的正交压控振荡器。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型保护范围内。