专利名称：具有良好相位噪声性能的压控振荡器及电路的制作方法
技术领域：
本发明属于模拟电路设计领域，特别涉及一种具有良好相位噪声性能的压控振荡器及电路。
背景技术：
压控振荡器(VCO)用来产生振荡信号，在模拟电路中有重要的作用。使用电感电容构成谐振电路的LC VCO具有振荡频率高、选频精度高、相位噪声小等特点，因此得到了广泛的应用。LC VCO可以使用负阻结构的电路来实现，以有源器件实现负阻，抵消回路中的正阻损耗，使电路产生自激振荡。在集成电路中，通常需要差分的振荡信号，因此需要构造差分的负阻型LC VC0，其中一种实现电路如图1所示。MP1/MP2管构成一个负阻电路、丽3/MN4管构成另一个负阻电路，两个负阻电路和LC谐振回路并联，通过自激振荡产生差分输出电压Vout I和Vout2。该VCO中各个MOS管的噪声对振荡器的相位噪声都有贡献，其中NMOS管丽3和MN4的闪烁噪声(1/f噪声)所占比重最大，VCO的相位噪声性能有待提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有较好的相位噪声性能的压控振荡器。另一目的在于提供具有这种压控振荡器的电路。为实现上述目的，本发明采用以下技术方案:一种压控振荡器，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管的源极接电源，所述第三MOS管和所述第四MOS管的源极接地，所述第一 MOS管的漏极通过第一 LC谐振单元连接所述第三MOS管的漏极，所述第一 MOS管的栅极连接所述第三MOS管的漏极，所述第三MOS管的栅极连接所述第二 MOS管的漏极，所述第二 MOS管的漏极通过第二 LC谐振单元连接所述第四MOS管的漏极，所述第二 MOS管的栅极连接所述第四MOS管的漏极，所述第四MOS管的栅极连接所述第一 MOS管的漏极。优选地，所述压控振荡器还可包括第一反相器、第二反相器、第三反相器和第四反相器，所述第一反相器的输入端连接所述第一 MOS管的漏极，所述第二反相器的输入端连接所述第二MOS管的漏极，所述第三反相器的输入端连接所述第三MOS管的漏极，所述第四反相器的输入端连接所述第四MOS管的漏极。优选地，所述第一 MOS管和所述第二 MOS管为PMOS管，所述第三MOS管和所述第四MOS管为NMOS管。一种电路，包括所述的压控振荡器。本发明有益的技术效果:本发明的压控振荡器将LC谐振单元串联在电路中，在直流状态下，振荡器具有稳定的工作点；在谐振频率处，LC谐振单元产生高阻抗，使得电路进入正反馈状态，从而产生振荡。该压控振荡器具有较好的相位噪声性能。
图1是经典负阻型LC VCO的电路原理图；图2是本发明一个实施例的LC VCO的电路原理图；图3是图2所示LC VCO的另一种等效电路原理图；图4是图2所示LC VCO在直流下的等效电路图；图5是图2所不LC VCO在振汤频率附近的等效电路图；图6是本发明另一个实施例的LC VCO的电路原理图；图7是图1经典VCO和图2所示VCO的相位噪声比较。
具体实施例方式下面结合附图，对本发明提出的VCO的实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。如图2所示，在一个具体实施例里，压控振荡器包括第一 PMOS管MP1、第二 PMOS管MP2、第三NMOS管MN3和第四NMOS管MN3。为使描述直观简便，以下将第一 PMOS管、第二PMOS管、第三NMOS管和第四NMOS管分别称为MPl管、MP2管、MN3管和MN4管。参见图2，MPl管的栅极接Vout2节点，MPl管的漏极接Voutl节点，MPl管的源极接电源VDD。MP2管的栅极接Vout4节点，MP2管的漏极接Vout3节点，MPl管的源极接电源VDD0 MN3管的栅极接Vout3节点，MN3管的漏极接Vout2节点，MN3管的源极接GND。MN4管的栅极接Voutl节点，MN4管的漏极接Vout4节点，MN4管的源极接GND。一组LC谐振单元串接在Vout I和Vout2之间，另一组LC谐振单元串接在Vout3和Vout4之间。Voutl和Vout2是反相彳目号，Vout3和Vout4是反相彳目号；Voutl和Vout3是同相彳目号，Vout2和Vout4是同相信号。Voutl、Vout2、Vout3、Vout4均可作为VCO的输出使用。如图2所示，其中MPl管以及和MPl管串联的、位于MPl管栅极和漏极之间的LC谐振单元构成丽3管的负载；MP2管以及和MP2管串联的、位于MP2管栅极和漏极之间的LC谐振单元构成MN4管的负载。将图2的电路原理图转化为等效的图3的电路原理图，可见MN3管及其负载构成一个共源放大器，MN4管及其负载构成另一个共源放大器，两个共源放大器的输入、输出交叉连接，形成一种交叉耦合的结构。在直流状态下，电感L相当于短路，电容C相当于开路，此时振荡器电路可以简化为图4，是两个使用二极管结构MOS管作为负载的共源放大器的连接。当每个放大器的直流增益小于I时，这一电路具有稳定的直流工作点。在VCO的谐振频率附近，LC谐振单元具有很高的阻抗，定义该阻抗为Z，则此时VCO的等效电路图如图5a所示。此时其半边电路的开环增益，参考图5b，可得公式(I)。其中g 为NMOS管的跨导、为NMOS管的输出电阻、gmp为PMOS管的跨导、为PMOS管的输出电阻。从公式(I)可知此增益远大于I时，电路为正反馈，且满足振荡条件，从而VCO开始
振荡工作。
权利要求
1.一种压控振荡器，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管的源极接电源，所述第三MOS管和所述第四MOS管的源极接地，所述第一 MOS管的漏极通过第一 LC谐振单元连接所述第三MOS管的漏极，所述第一 MOS管的栅极连接所述第三MOS管的漏极，所述第三MOS管的栅极连接所述第二 MOS管的漏极，所述第二 MOS管的漏极通过第二 LC谐振单元连接所述第四MOS管的漏极，所述第二 MOS管的栅极连接所述第四MOS管的漏极，所述第四MOS管的栅极连接所述第一 MOS管的漏极。
2.如权利要求1所述的压控振荡器，其特征在于，还包括第一反相器、第二反相器、第三反相器和第四反相器，所述第一反相器的输入端连接所述第一 MOS管的漏极，所述第二反相器的输入端连接所述第二 MOS管的漏极，所述第三反相器的输入端连接所述第三MOS管的漏极，所述第四反相器的输入端连接所述第四MOS管的漏极。
3.如权利要求1或2所述的压控振荡器，其特征在于，所述第一MOS管和所述第二MOS管为PMOS管，所述第三MOS管和所述第四MOS管为NMOS管。
4.一种电路，其特征在于，包括如权利要求1或2或3所述的压控振荡器。
全文摘要
一种压控振荡器，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管的源极接电源，所述第三MOS管和所述第四MOS管的源极接地，所述第一MOS管的漏极通过第一LC谐振单元连接所述第三MOS管的漏极，所述第一MOS管的栅极连接所述第三MOS管的漏极，所述第三MOS管的栅极连接所述第二MOS管的漏极，所述第二MOS管的漏极通过第二LC谐振单元连接所述第四MOS管的漏极，所述第二MOS管的栅极连接所述第四MOS管的漏极，所述第四MOS管的栅极连接所述第一MOS管的漏极。该压控振荡器将LC谐振单元串联在电路中，具有较好的相位噪声性能。
文档编号H03B5/04GK103107772SQ20121056272
公开日2013年5月15日 申请日期2012年12月21日 优先权日2012年12月21日
发明者王自强, 宋奕霖, 姜珲, 张春, 麦宋平, 姜汉钧, 王志华 申请人:清华大学深圳研究生院