一种低相位噪声频率源电路的制作方法

本实用新型涉及频率源电路领域，特别是指一种低相位噪声频率源电路。

背景技术：

在频率源设计领域，低相位噪声和低杂散一直是人们对于频率源设计所追求的性能指标。

配合图1所示，传统的频率源电路，包括压控振荡器1’、分频器2’、鉴频鉴相器3’、电荷泵4’、环路滤波器5’，其中压控振荡器1’产生的振荡信号经过分频器2’分频后进入鉴频鉴相器3’中而与一基准频率信号fref进行相位和频率的比较，比较后的误差信号经过电荷泵4’转换为电荷输出到环路滤波器5’中，经过环路滤波器5’进行噪声滤波后反馈到压控振荡器1’中，而对压控振荡器1’的频率和相位进行负反馈控制，从而让压控振荡器1’输出一定的频率和相位的频率源信号。

为了实现高频频率源信号，分频器2’通常采用源极结合逻辑（scl）电路结构。由于压控振荡器1’与分频器2’直接相连，而采用源极结合逻辑（scl）电路结构的分频器2’会产生回馈噪声（kickbacknoise），回馈噪声会耦合到压控振荡器1’中而同振荡信号谐调，使得压控振荡器的振荡信号的相位噪声性能劣化。同时，采用源极结合逻辑（scl）电路的分频器2’通常需要多级分频而使得分频后信号的频率等于基准信号的频率，配合图2所示，其中分频器2’的第一级分频器21’的输出端信号会通过mos管q5’和mos管q6’泄漏到第一级分频器21’的输入端而形成回馈杂散信号，该回馈杂散信号回馈到压控振荡器1’中并同振荡信号产生谐调作用，使得压控振荡器1’的输出信号中产生了杂散信号进而再次加大了频率源的相位噪声。所以，传统频率源电路难以实现低相位噪声性能。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种低相位噪声频率源电路，其能有效降低压控振荡器的相位噪声。

为了达成上述目的，本实用新型的解决方案是：

一种低相位噪声频率源电路，其包括：

压控振荡器，其用于产生设定频率的差分振荡信号；

缓冲放大器，其与压控振荡器的差分输出端相连，缓冲放大器用于使所述差分振荡信号维持一定幅度并增加压控振荡器与后级电路的隔离度；

分频器，其与缓冲放大器的差分输出端相连，分频器用于对差分振荡信号进行分频而得到分频信号；

鉴频鉴相器，其与分频器的单端输出端相连，鉴频鉴相器用于将分频信号与基准频率信号fref进行比较，而产生脉宽与分频信号和基准频率信号fref相位差成正比的脉冲信号；

电荷泵，其与鉴频鉴相器的输出端相连，电荷泵用于将所述脉冲信号转化为模拟电压信号；

环路滤波器，其连接于电荷泵的输出端和压控振荡器的电压控制端之间，环路滤波器用于将所述模拟电压信号进行滤波后输入到压控振荡器中。

所述缓冲放大器包括差分放大电路和驱动电路；所述差分放大电路的差分输入端连接压控振荡器的差分输出端，差分放大电路的差分输出端连接驱动电路的差分输入端，驱动电路的差分输出端连接分频器的差分输入端。

所述差分放大电路包括电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电容c1，mos管m1、mos管m2、mos管m3和mos管m4；其中mos管m1的栅极和mos管m2的栅极连接所述差分放大电路的第一差分输入端vina，mos管m3的栅极和mos管m4的栅极连接所述差分放大电路的第二差分输入端vinb；电阻r1的一端和电阻r3的一端连接电源vcc，电阻r1另一端连接mos管m1的源极、mos管m3的源极、电阻r3的另一端以及电容c1的一端；mos管m1的漏极和mos管m2的漏极连接所述差分放大电路的第一差分输出端vouta，mos管m3的漏极和mos管m4的漏极连接所述差分放大电路的第二差分输出端voutb；mos管m2的源极连接电阻r2的一端、电阻r4的一端、电容c1的另一端以及mos管m4的源极，电阻r2的另一端和电阻r4的另一端接地。

所述驱动电路包括电阻r5、电阻r6、电阻r7、电阻r8、mos管m5和mos管m6；其中mos管m5的栅极连接所述驱动电路的第一差分输入端vina，mos管m6的栅极连接所述驱动电路的第二差分输入端vinb，电阻r5的一端和电阻r6的一端连接电源vcc，电阻r5的另一端和mos管m5的源极连接所述驱动电路的第一差分输出端vouta，电阻r7的另一端和mos管m6的源极连接所述驱动电路的第二差分输出端voutb；mos管m5的漏极连接电阻r6一端，电阻r6另一端接地；mos管m6的漏极连接电阻r8一端，电阻r8另一端接地。

所述分频器包括多个级联的分频器；其中第一级分频器包括电阻r1、电阻r2、mos管q1、mos管q2、mos管q3、mos管q4、mos管q5、mos管q6、电流源ibias以及杂散抑制电路；其中mos管q1的栅极连接第一级分频器的第一差分输入端ina，mos管q2的栅极连接第一级分频器的第二差分输入端inb；第一差分输入端ina和第二差分输入端inb用于与缓冲放大器的差分输出端相连；电阻r1的一端和电阻r2的一端连接电源vdd，电阻r1的另一端、mos管q1的漏极、mos管q3的漏极和mos管q4的栅极连接第一级分频器的第一差分输出端outa，电阻r2的另一端、mos管q2的漏极、mos管q3的栅极和mos管q4的漏极连接第一级分频器的第二差分输出端outb；mos管q1的源极和mos管q2的源极连接所述杂散抑制电路的第一输入端，mos管q3的源极和mos管q4的源极连接杂散抑制电路的第二输入端，杂散抑制电路的第一输出端连接mos管q5的漏极，杂散抑制电路的第二输出端连接mos管q6的漏极；mos管q5的栅极接入第一输入信号clk，mos管q6的栅极接入第二输入信号clk’，mos管q5的源极和mos管q6的源极连接电流源ibias的输入端，电流源ibias的输出端接地。所述杂散抑制电路包括mos管q7和mos管q8；其中mos管q7的漏极为所述杂散抑制电路的第一输入端，mos管q7的源极为所述杂散抑制电路的第一输出端，mos管q8的漏极为所述杂散抑制电路的第二输入端，mos管q8的源极为所述杂散抑制电路的第二输出端，mos管q7的栅极和mos管q8的栅极连接接入偏置信号vbias。

采用上述结构后，本实用新型具有以下优点：

1、本实用新型在压控振荡器与分频器之间设置缓冲放大器，缓冲放大器既能使压控振荡器输出的差分振荡信号维持一定幅度，同时又能增加压控振荡器与分频器之间的隔离度，对分频器的杂散和回馈噪声进行有效抑制，从而降低压控振荡器的相位噪声；

2、本实用新型通过在分频器的第一级分频器中增加杂散抑制电路，从而减少分频器的第一级分频器的输出信号对压控振荡器输出的差分振荡信号造成的杂散。

附图说明

图1为传统的频率源电路的电路示意图；

图2为传统的频率源电路的分频器的第一级分频器的电路原理图；

图3为本实用新型的电路示意图；

图4为本实用新型的缓冲放大器的差分放大电路的电路原理图；

图5为本实用新型的缓冲放大器的驱动电路的电路原理图；

图6为本实用新型的频率源电路的分频器的第一级分频器的电路原理图。

具体实施方式

为了进一步解释本实用新型的技术方案，下面通过具体实施例来对本实用新型进行详细阐述。

如图3至图6所示，本实用新型揭示了一种低相位噪声频率源电路，其包括压控振荡器1、缓冲放大器2、分频器3、鉴频鉴相器4、电荷泵5和环路滤波器6；其中所述压控振荡器1用于产生设定频率的差分振荡信号；所述缓冲放大器2与压控振荡器1的差分输出端相连，缓冲放大器2用于使所述差分振荡信号维持一定幅度并增加压控振荡器与后级电路的隔离度；所述分频器3与缓冲放大器2的差分输出端相连，分频器3用于对差分振荡信号进行分频而得到分频信号；所述鉴频鉴相器4与分频器3的单端输出端相连，鉴频鉴相器4用于将分频信号与基准频率信号fref进行比较，而产生脉宽与分频信号和基准频率信号fref相位差成正比的脉冲信号；所述电荷泵5与鉴频鉴相器4的单端输出端相连，电荷泵5用于将所述脉冲信号转化为模拟电压信号；所述环路滤波器6连接于电荷泵5的单端输出端和压控振荡器1的电压控制端之间，环路滤波器6用于将所述模拟电压信号进行滤波后输入到压控振荡器1中而形成反馈以稳定差分振荡信号。由于本实用新型在压控振荡器1与分频器3之间设置缓冲放大器2，缓冲放大器2既能使压控振荡器1输出的差分振荡信号维持一定幅度，同时又能增加压控振荡器1与分频器3之间的隔离度，对分频器3的杂散和回馈噪声进行有效抑制，从而降低压控振荡器1的相位噪声。

具体的，如图3所示，所述缓冲放大器2包括差分放大电路21和驱动电路22；所述差分放大电路21的差分输入端连接压控振荡器1的差分输出端，差分放大电路21的差分输出端连接驱动电路22的差分输入端，驱动电路22的差分输出端连接分频器3的差分输入端，这样缓冲放大器2可以具有充分的放大和驱动能力，可以使得输入到分频器3中的差分振荡信号维持一定幅度，同时因为差分放大电路21的反向隔离度比正向放大倍数大，可以加大压控振荡器1和分频器3之间的隔离度，进而对分频器3的杂散和回馈噪声进行有效抑制以降低压控振荡器1的相位噪声。其中，配合图4所示，所述差分放大电路21包括电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电容c1，mos管m1、mos管m2、mos管m3和mos管m4；mos管m1的栅极和mos管m2的栅极连接所述差分放大电路21的第一差分输入端vina，mos管m3的栅极和mos管m4的栅极连接所述差分放大电路21的第二差分输入端vinb；电阻r1的一端和电阻r3的一端连接电源vcc，电阻r1另一端连接mos管m1的源极、mos管m3的源极、电阻r3的另一端以及电容c1的一端；mos管m1的漏极和mos管m2的漏极连接所述差分放大电路21的第一差分输出端vouta，mos管m3的漏极和mos管m4的漏极连接所述差分放大电路21的第二差分输出端voutb；mos管m2的源极连接电阻r2的一端、电阻r4的一端、电容c1的另一端以及mos管m4的源极，电阻r2的另一端和电阻r4的另一端接地。配合图5所示，所述驱动电路22包括电阻r5、电阻r6、电阻r7、电阻r8、mos管m5和mos管m6；mos管m5的栅极连接所述驱动电路22的第一差分输入端vina，mos管m6的栅极连接所述驱动电路22的第二差分输入端vinb，驱动电路22的第一差分输入端vina和第二差分输入端vinb用于分别连接差分放大电路21的第一差分输出端vouta和第二差分输出端voutb，电阻r5的一端和电阻r6的一端连接电源vcc，电阻r5的另一端和mos管m5的源极连接所述驱动电路22的第一差分输出端vouta，电阻r7的另一端和mos管m6的源极连接所述驱动电路22的第二差分输出端voutb；mos管m5的漏极连接电阻r6一端，电阻r6另一端接地；mos管m6的漏极连接电阻r8一端，电阻r8另一端接地。需要说明的是，所述缓冲放大器2并不局限于上述结构，所有能作为缓冲放大器2并且具有足够大的反向隔离度的缓冲放大器电路构造均可作为本实用新型的缓冲放大器使用。

所述分频器3可包括多个级联的分频器，这样可使得通过多级分频而使得最终输出的分频信号的频率等于基准频率信号fref的频率，其中分频器3的各级分频器之间接入一个差分转单端电路，或者最后在最后一级分频器的输出端接入差分转单端电路，从而使得分频器3最终输出一个单端信号给鉴频鉴相器4，该单端信号即为分频器3最终输出的分频信号；分频器3的第一级分频器31可采用scl电路结构并结合杂散抑制电路311，从而减少避免第一级分频器31的输出信号泄漏到其输入端后再通过缓冲放大器2反向泄漏到压控振荡器1中而造成差分振荡信号的杂散。具体的，第一级分频器31包括电阻r1、电阻r2、mos管q1、mos管q2、mos管q3、mos管q4、mos管q5、mos管q6、电流源ibias以及杂散抑制电路311；其中mos管q1的栅极连接所述第一级分频器31的第一差分输入端ina，mos管q2的栅极连接所述第一级分频器31的第二差分输入端inb；第一差分输入端ina和第二差分输入端inb用于与缓冲放大器2的差分输出端相连；电阻r1的一端和电阻r2的一端连接电源vdd，电阻r1的另一端、mos管q1的漏极、mos管q3的漏极和mos管q4的栅极连接所述第一级分频器31的第一差分输出端outa，电阻r2的另一端、mos管q2的漏极、mos管q3的栅极和mos管q4的漏极连接所述第一级分频器31的第二差分输出端outb、第一差分输出端outa和第二差分输出端outb与分频器3的第二级分频器的差分输入端相连，mos管q1的源极和mos管q2的源极连接所述杂散抑制电路311的第一输入端，mos管q3的源极和mos管q4的源极连接杂散抑制电路311的第二输入端，杂散抑制电路311的第一输出端连接mos管q5的漏极，杂散抑制电路311的第二输出端连接mos管q6的漏极；mos管q5的栅极接入第一输入信号clk，mos管q6的栅极接入第二输入信号clk’，mos管q5的源极和mos管q6的源极连接电流源ibias的输入端，电流源ibias的输出端接地；所述第一级分频器31通过杂散抑制电路311，增加了mos管q1的源极和mos管q2的源极与mos管q5的漏极之间的隔离度，增加了mos管q3的源极和mos管q4的源极与mos管q6的漏极之间的隔离度，从而减少第一级分频器31的输出信号通过mos管q5和mos管q6泄漏到第一级分频器31的第一差分输出端outa和第二差分输出端outb中。其中所述杂散抑制电路311包括mos管q7和mos管q8；其中mos管q7的漏极为所述杂散抑制电路311的第一输入端，mos管q7的源极为所述杂散抑制电路311的第一输出端，mos管q8的漏极为所述杂散抑制电路311的第二输入端，mos管q8的源极为所述杂散抑制电路311的第二输出端，mos管q7的栅极和mos管q8的栅极接入偏置信号vbias；这样mos管q7与mos管q5形成纵向级联的方式而增加mos管q1的源极和mos管q2的源极与mos管q5的漏极之间的隔离度，mos管q8和mos管q6形成纵向级联的方式而增加了mos管q3的源极和mos管q4的源极与mos管q6的漏极之间的隔离度。

上述实施例和图式并非限定本实用新型的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本实用新型的专利范畴。