一种带振荡频率温度补偿的低相噪压控振荡器电路的制作方法

本发明涉及压控振荡器，具体涉及一种带振荡频率温度补偿的低相噪压控振荡器电路。

背景技术：

锁相环可用于给射频收发系统提供本振信号或者给数据转换器及数字电路提供时钟信号，本振信号或时钟信号的信号质量对射频系统、高速高精度数据转换器中的关键指标有直接影响。同时，当lc型压控振荡器应用于锁相环系统，在外界环境温度变化时，压控振荡器内部寄生电容和电感具有较明显的温度特性，未做温度补偿的lc压控振荡器电路容易导致锁相环直接失锁。这些应用环境，对具有振荡频率温度补偿的低相噪压控振荡器提出了明确需求。

技术实现要素：

本发明针对现有技术存在的不足，提出了一种带振荡频率温度补偿的低相噪压控振荡器电路。

本发明的技术方案是：一种带振荡频率温度补偿的低相噪压控振荡器电路，包括第一、第二nmos管；其特征在于：第一、第二nmos管为交叉耦合管，第一nmos管管漏极与第二nmos管管栅极连接,第一nmos管管栅极与第二nmos管管漏极接；第一、第二nmos管的源极分别连接第一、第二pmos管的源极，以使nmos管和pmos管的部分噪声上变频到谐振频率附近；相比传统结构，降低了mos的噪声贡献，实现了更优的相位噪声性能；为实现完整的反馈，第一nmos管的漏极信号通过顺序串联的第四电容、第四电感和第四电阻到地，第二nmos管的漏极信号通过顺序串联的第三电容、第三电感和第三电阻到地，并且第四电容与第四电感的连接节点通过反馈信号线连接到第一pmos管栅极，第三电容与第三电感的连接节点通过反馈信号线连接到第二pmos管栅极。

根据本发明所述的一种带振荡频率温度补偿的低相噪压控振荡器电路的优选方案，采用带温度补偿的连续调谐电路和电容阵列电路来形成谐振腔，连续调谐电路由第一、第二电容、第一、第二变容二极管和第一、第二电感构成；第一变容二极管和第二变容二极管的一端相接，连接线名为vtune，第一变容二极管的另外一端与第一电容、第一电感以及第三变容二极管的一端相接，第二变容二极管的另外一端与第二电容、第二电感以及第四变容二极管的一端相接，第一电感和第二电感的另外一端接地，第一电容的另外一端连接第一nmos管的漏极，第二电容的另外一端连接第二nmos管的漏极；第三变容二极管和第四变容二极管的另一端连接正温电压产生电路，电容阵列电路连接在第一nmos管的漏极与第二nmos管的漏极之间。

根据本发明所述的一种带振荡频率温度补偿的低相噪压控振荡器电路的优选方案，采用温度补偿电路调谐连续调谐电路，来实现振荡频率温度补偿；温度补偿电路包括正温电压产生电路和第三、第四变容二极管，第三、第四变容二极管串联连接，第三变容二极管的一端连接到第一变容二极管与第一电感的连接节点；第四变容二极管的一端连接到第二变容二极管与第二电感的连接节点；正温电压产生电路产生的电压vtemp用于调谐第三、第四变容二极管，以实现压控振荡器振荡频率的温度补偿。

根据本发明所述的一种带振荡频率温度补偿的低相噪压控振荡器电路的优选方案，正温电压产生电路由第一、第二二极管、第五电阻和第五电容构成；第一、第二二极管串联连接，第五电阻和第五电容并联连接后再与两个二极管串联，第二二极管与第五电阻和第五电容的连接节点连接到第三、第四变容二极管的连接节点。二极管由将三级管的集电极与基极短接构成。正温电压产生电路产生的电压vtemp用于调谐变容二极管，用来实现压控振荡器振荡频率的温度补偿。

根据本发明所述的一种带振荡频率温度补偿的低相噪压控振荡器电路的优选方案，所述电容阵列实现电路，包含若干个可控电容开关，所有可控电容开关采用并联连接方式；每个可控电容开关的电路结构相同，每个可控电容开关均包含电阻一、电阻二、电容一、电容二和一个nmos管一；电阻一、电阻二的一端连接在一起，电阻一、电阻二另外一端分别接nmos管一的源极和漏极；电容一的接mos管一的源极，电容二的一端接mos管一的漏极；电容一、电容二的另一端分别接第一nmos管的漏极与第二nmos管的漏极。

本发明所述一种带振荡频率温度补偿的低相噪压控振荡器电路的有益效果是：本发明减少了混频到高频了噪声，实现了压控振荡器相位噪声的优化；本发明通过正温电压产生电路，实现了压控振荡器振荡频率的温度补偿，有效减小了振荡频率的温度漂移值；本发明具有优异的相位噪声性能和振荡频率温度补偿效果，可应用于高性能锁相环系统中。

附图说明

图1为本发明所述的一种带振荡频率温度补偿的低相噪压控振荡器电路原理框图。

图2是二级反相器的电路图。

图3是电容阵列实现电路的电路图。

图4是全频段振荡频率温度补偿实现效果图。

图5是相位噪声实现效果图。

具体实施方式

参见图1，一种带振荡频率温度补偿的低相噪压控振荡器电路，包括第一、第二nmos管nm1、nm2；其特征在于：第一、第二nmos管nm1、nm2为交叉耦合管，第一nmos管nm1管漏极与第二nmos管nm2管栅极连接,第一nmos管nm1管栅极与第二nmos管nm2管漏极接；第一、第二nmos管nm1、nm2的源极分别连接第一、第二pmos管pm1、pm2的源极，以使nmos管和pmos管的部分噪声上变频到谐振频率附近；相比传统结构，降低了mos的噪声贡献，实现了更优的相位噪声性能；为实现完整的反馈，第一nmos管的漏极信号通过顺序串联的第四电容、第四电感和第四电阻到地，第二nmos管的漏极信号通过顺序串联的第三电容、第三电感和第三电阻到地，并且第四电容与第四电感的连接节点通过反馈信号线连接到第一pmos管栅极，第三电容与第三电感的连接节点通过反馈信号线连接到第二pmos管栅极。

具体为nm1管和nm2管为交叉耦合管，nm1管漏极和nm2管栅极连在一起，连线名为tanka,nm1管栅极和nm2管漏极连在一起，连线名为tankb，nm1管源极和nm2管源极分别于pm1管、pm2管源极相连。

pm1管栅极与电容cl4、电感l4的一端相连，电容cl4的另外一端与nm2管栅极相连，电感cl4的另外一端与电阻rl4相连，电阻rl4的另一端接地，pm1管源极接地；pm2管栅极与电容cl3、电感l3的一端相连，电容cl3的另一端与nm1管的栅极相连，电感l3的另一端与电阻rl3的一端相连，电阻rl3的另一端接地，pm2管源极接地。

pm3管的源极接vcc，栅极接pd,漏极与电感ld的一端相连，电感ld的另外两端分别与连接线tanka和tankb相连。

在具体实施例中，采用带温度补偿的连续调谐电路和电容阵列电路来形成谐振腔，带温度补偿的连续调谐电路由温度补偿电路和连续调谐电路构成；连续调谐电路由第一、第二电容c1、c2、第一、第二变容二极管cv1、cv2和第一、第二电感l1、l2构成；第一变容二极管cv1和第二变容二极管cv2的一端相接，连接线名为vtune，第一变容二极管cv1的另外一端与第一电容c1、第一电感l1以及第三变容二极管cv3的一端相接，第二变容二极管cv2的另外一端与第二电容c2、第二电感l2以及第四变容二极管cv4的一端相接，第一电感l1和第二电感l2的另外一端接地，第一电容c1的另外一端连接第一nmos管nm1的漏极，第二电容c2的另外一端连接第二nmos管nm2的漏极；第三变容二极管cv3和第四变容二极管cv4的另一端连接正温电压产生电路，电容阵列电路连接在第一nmos管nm1的漏极与第二nmos管nm2的漏极之间。

采用温度补偿电路调谐连续调谐电路，来实现振荡频率温度补偿；温度补偿电路包括正温电压产生电路和第三、第四变容二极管cv3、cv4，第三、第四变容二极管cv3、cv4串联连接，第三变容二极管cv3的一端连接到第一变容二极管cv1与第一电感l1的连接节点；第四变容二极管cv4的一端连接到第二变容二极管cv2与第二电感l2的连接节点；正温电压产生电路产生的电压vtemp用于调谐第三、第四变容二极管，以实现压控振荡器振荡频率的温度补偿。

正温电压产生电路由第一、第二二极管q1、q2、电阻rb和电容cb构成；第一、第二二极管q1、q2串联连接，电阻rb和电容cb并联连接后再与两个二极管串联，第二二极管与电阻rb和电容cb的连接节点连接到第三、第四变容二极管的连接节点。q2管的发射极与连接线vtemp以及电阻rb、电容cb的一端相接，电阻rb和电容cb的另一端接地，q2管的基极与集电极相连，并与q1管的发射极相接，q1管的基极与集电极相连，并与pm3管漏极相接。

在具体实施例中，参见图2和图3，所述电容阵列实现电路，包含若干个可控电容开关，所有可控电容开关采用并联连接方式；每个可控电容开关的电路结构相同，但nmos管一的尺寸和电容容值不同，分别按1:2:4:8:16：……2^n-1进行设置。每个可控电容开关均包含电阻一、电阻二、电容一、电容二和一个nmos管一；电阻一、电阻二的一端连接在一起，电阻一、电阻二另外一端分别接nmos管一的源极和漏极；电容一的接nmos管一的源极，电容二的一端接nmos管一的漏极；电容一、电容二的另一端分别接第一nmos管nm1的漏极与第二nmos管nm2的漏极。外部控制信号通过两级反相器对可控电容开关进行控制；nmos管一的基极接收第一级反相器的输出信号，电阻一、电阻二接收第二级反相器的输出信号。

图4为采用本发明专利压控振荡器电路得到的6ghz振荡频率相位噪声仿真效果图，可以看到在频偏100khz处，达到了-116.5dbc/hz的相位噪声，具有非常低的相位噪声特性。

图5为采用本发明专利中振荡频率温度补偿电路得到的宽频带温度补偿效果图，可以看到在单个宽带压控振荡器(压控增益大于40mhz)最高频率6ghz处，振荡频率随温度的偏移值为13mhz；在最低振荡频率5.3ghz处，振荡频率随温度的偏移值为22mhz。在全频段均实现较好的振荡频率温度补偿。

上面的实施结果表明：本发明的一种带振荡频率温度补偿低相噪压控振荡器电路，同时具有低相位噪声及振荡频率温度补偿特性。可以应用到高性能的射频锁相环系统中。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。