一种噪声循环的LC压控振荡器电路的制作方法

本发明涉及一种噪声循环的lc压控振荡器电路，属于微电子技术领域。

背景技术：

在soc片上系统中都需要设计锁相环电路来为系统提供一个时钟频率。传统应用于soc片上系统的锁相环功耗、面积大，相位噪声差，压控振荡器是锁相环的核心部分，低功耗、小面积，相位噪声好的振荡器电路具有重要价值。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种噪声循环的lc压控振荡器电路。

为解决上述技术问题，本发明提供一种噪声循环的lc压控振荡器电路，包括谐振器电路、噪声循环的有源核心电路；

所述谐振电路，用于通过电感、电容和电阻构成的电路保证振荡器起振；

所述噪声循环的有源核心电路，用于抵消谐振器电路中无源器件产生的电阻损耗。

进一步的，所述谐振电路包括电容c2、c3，可变电容c4、c5，电感l，电阻r3、r4；

其中电容c2、可变电容c4、可变电容c5、电容c3之间依次串联为串联电路，串联电路的一端分别连接电感l的vcop端和噪声循环的有源核心电路，串联电路的另一端分别连接电感l的vcon端和噪声循环的有源核心电路；

所述电阻r3的一端接电容c2和可变电容c4相连的部分；所述电阻r4的一端接电容c3和可变电容c5相连的部分；电阻r3的另一端和电阻r4的另一端相连。

进一步的，所述可变电容c4、c5的中间接控制电压vc。

进一步的，所述电感l的输入端接电源vdd。

进一步的，所述电阻r3的另一端和电阻r4的另一端相连并接地。

进一步的，所述噪声循环的有源核心电路包括nmos交叉耦合对m0和m1、电容c0、c1、电阻r0、r1以及pmos管m2、m3；

nmos管m0的栅极分别与电容c1的一端、nmos管m1的漏极以及所述串联电路的另一端相连，电容c1的另一端分别与pmos管m3的栅极和电阻r1的一端相连，电阻r1的另一端接地；nmos管m0的源极与pmos管m2的源极相连，pmos管m2的漏极接地；

nmos管m1的栅极与电容c0的一端、nmos管m0的漏极以及所述串联电路的一端相连，电容c0的另一端分别与pmos管m2的栅极和电阻r0的一端相连，电阻r0的另一端接地；nmos管m1的源极与pmos管m3的源极相连，pmos管m3的漏极接地。

本发明所达到的有益效果：

本电路同时省去尾电流源，从而避免电流源闪烁噪声对相位噪声的影响，同时降低压控振荡器的功耗。与传统的交叉耦合的压控振荡器相比，在本电路中，使用了噪声循环的有源核心极大的抑制了有源器件的有效噪声功率，提供了相同的负阻，具有高频率且相位噪声得到了改善。

附图说明

图1是本发明的电路框图；

图2是本发明采用的中心抽头电感电路模型。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

一种噪声循环的lc压控振荡器电路，包括谐振器电路和噪声循环的有源核心电路；

谐振器电路包括电感l，电容c2、c3，可变电容c4、c5，电阻r3、r4，保证振荡器起振。

噪声循环的有源核心电路是由nmos管交叉耦合对m0、m1实现“负电阻”，补偿谐振电路中能量损失，保证振荡器可以持续地工作，nmos管m0、m1的漏端为差分输出；电阻r1、r0分别与pmos管m3、m2的栅极相连，为pmos管提供直流偏置；电容c0、c1的一端分别与nmos管m1、m0的栅极相连，另一端分别与pmos管m2、m3的栅极相连，起到隔直流，通交流的作用。

如图1所示，谐振器电路中的电容c2、c3、c4、c5构成串联电路，再和电感l并联；电感l的输入端口接电源电压，输出端口分别为vcop、vcon，vcop、vcon不仅分别与电容c2、c3的一端相连，而且分别与交叉耦合对nmos管m0、m1的漏极相连，nmos管m0、m1的漏极输出即差分输出。

噪声循环的有源核心电路，由nmos对交叉耦合m0、m1、电容c0、c1、电阻r0、r1以及pmos管m2、m3构成。因为谐振器由电感l，电容c2、c3、可变电容c4、c5以及电阻r3、r4构成，所以存在电阻损耗。通过nmos交叉耦合对m0、m1实现“负电阻”，可以抵消无源器件中一部分能量经过电阻时被消耗的热能量，从而维持电路振荡；nmos管m0的漏极与nmos管m1的栅极相连，nmos管m1的栅极与电容c0相连，电容c0的另一端口与pmos管m2的栅极相连，电阻r0与pmos管m2的栅极相连，产生直流偏置，并控制压控振荡器的振荡幅度，pmos管m2的漏极与地相连，电阻r0的另一端口也与地相连；pmos管的闪烁噪声小于nmos管，将pmos管m2的栅极与电阻r0相连，可以降低1/f噪声上混频到振荡频率，减小压控振荡器在1/f³区域的相位噪声，改善高频处的相位噪声。

工作原理：如图1和2所示，同一侧的nmos管m0和pmos管m2是同时打开、关闭的。当nmos管m0和pmos管m2同时打开时，在nmos管m0中只有一部分噪声电流传输到谐振电路，导致相位噪声；另外一部分噪声电流在nmos管m0中不断循环回到pmos管m2，最终流到地面，不产生相位噪声。因此，采用噪声循环的lcvco结构，可以极大程度地降低相位噪声。另外一侧的nmos管m1和pmos管m3同时打开后的运行方式与上面是一样的。本电路同时省去尾电流源，从而避免电流源闪烁噪声对相位噪声的影响，同时降低压控振荡器的功耗。与传统的交叉耦合的压控振荡器相比，在本电路中，使用了噪声循环的有源核心极大的抑制了有源器件的有效噪声功率，提供了相同的负阻，具有高频率且相位噪声得到了改善。

本发明通过采用nmos交叉耦合对作为有源核心，nmos管m0、m1的源极是分开的，nmos管m0、m1的漏极分别与谐振电路的vcop、vcon端相连，维持电路振荡；nmos管m0、m1的漏极也用作差分输出。通过改变控制电压vc值，使可变电容c4、c5参数发生改变，从而控制振荡器的振荡频率。电阻r0、r1分别为pmos管m2、m3提供偏置电压，改变输出频率。有源核心电路解决了压控振荡器中有源器件导致相位噪声变差的问题。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：

1.一种噪声循环的lc压控振荡器电路，其特征在于，包括谐振器电路、噪声循环的有源核心电路；

所述谐振电路，用于通过电感、电容和电阻构成的电路保证振荡器起振；

所述噪声循环的有源核心电路，用于抵消谐振器电路中无源器件产生的电阻损耗。

2.根据权利要求1所述的噪声循环lc压控振荡器电路，其特征在于，所述谐振电路包括电容c2、c3，可变电容c4、c5，电感l，电阻r3、r4；

其中电容c2、可变电容c4、可变电容c5、电容c3之间依次串联为串联电路，串联电路的一端分别连接电感l的vcop端和噪声循环的有源核心电路，串联电路的另一端分别连接电感l的vcon端和噪声循环的有源核心电路；

所述电阻r3的一端接电容c2和可变电容c4相连的部分；所述电阻r4的一端接电容c3和可变电容c5相连的部分；电阻r3的另一端和电阻r4的另一端相连。

3.根据权利要求2所述的噪声循环lc压控振荡器电路，其特征在于，所述可变电容c4、c5的中间接控制电压vc。

4.根据权利要求2所述的噪声循环lc压控振荡器电路，其特征在于，所述电感l的输入端接电源vdd。

5.根据权利要求2所述的噪声循环lc压控振荡器电路，其特征在于，所述电阻r3的另一端和电阻r4的另一端相连并接地。

6.根据权利要求2所述的噪声循环的lc压控振荡器电路，其特征在于，所述噪声循环的有源核心电路包括nmos交叉耦合对m0和m1、电容c0、c1、电阻r0、r1以及pmos管m2、m3；

nmos管m0的栅极分别与电容c1的一端、nmos管m1的漏极以及所述串联电路的另一端相连，电容c1的另一端分别与pmos管m3的栅极和电阻r1的一端相连，电阻r1的另一端接地；nmos管m0的源极与pmos管m2的源极相连，pmos管m2的漏极接地；

nmos管m1的栅极与电容c0的一端、nmos管m0的漏极以及所述串联电路的一端相连，电容c0的另一端分别与pmos管m2的栅极和电阻r0的一端相连，电阻r0的另一端接地；nmos管m1的源极与pmos管m3的源极相连，pmos管m3的漏极接地。

技术总结
本发明公开了一种噪声循环的LC压控振荡器电路，包括谐振器电路、噪声循环的有源核心电路；所述谐振器电路，由电感、电容和电阻构成，保证振荡器起振；所述噪声循环的有源核心电路，用于抵消谐振器电路中无源器件产生的电阻损耗，使振荡器可以稳定工作。优点：本电路同时省去尾电流源，从而避免电流源闪烁噪声对相位噪声的影响，同时降低压控振荡器的功耗。与传统的交叉耦合压控振荡器相比，在本电路中，使用了噪声循环的有源核心极大的抑制了有源器件的有效噪声功率，提供了相同的负阻，具有高频率且相位噪声得到了改善。

技术研发人员：吉新村;沈梦琪;张宪伟;郭宇锋
受保护的技术使用者：南京邮电大学
技术研发日：2020.06.19
技术公布日：2020.09.04