一种低相位噪声的LC型压控振荡器及电子设备的制作方法

本发明涉及一种低相位噪声的lc型压控振荡器，同时也涉及包括该lc型压控振荡器的电子设备，属于集成电路。

背景技术：

1、压控振荡器(voltage controlled oscillator，简称为vco)的作用是输出一定频率的交流信号，其应用范围十分广泛。根据振荡电路结构的不同，可以分为电感电容型(lc-vco)、电阻电容型(rc-vco)和晶体振荡型等。在无线通信系统中，射频收发机芯片需要锁相环(phase-lock loop，简称为pll)为射频收发提供lo(本振)信号，其中，vco是pll的频率产生模块，是pll中最为关键和核心的组成部分。因此，vco的性能指标非常重要，其中，较低的相位噪声能够提高接收机灵敏度的同时，还能够降低发射机的频谱占用和提高evm(误差向量幅度)等性能。

2、在现有技术中，一个典型的lc型压控振荡器电路如图1所示，其主要包括pmos管pm0、pmos管pm1和nmos管nm0、nmos管nm1，以及电感l0、可变电容c1和可变电容c2。其中，两个nmos管和两个pmos管组成负阻管，电感l0和两个可变电容组成谐振回路。当输入控制电压vc改变时，可变电容c1和c2的电容值随之发生变化，实现输出频率的调整改变。

3、随着半导体工艺制程的不断发展，工艺制程从180nm过渡到90nm再到40nm及以下等，mos管的沟道长度越来越小，其耐压能力也越来越低，因此，为其提供电源的电压也随之降低。当供电电压vdd较低时，在上述lc-vco电路中，如果不能保证在所有工艺角(pvt)下，供电电压值大于差分输出端上连接的pmos管和nmos管(即pm0和nm0，或者pm1和nm1)的栅源阈值电压(vgs_th)之和，则会导致pmos管和/或nmos管开启不够充分，其漏极电流相对较小，跨导gm值也相对较小，使得lc-vco的相位噪声性能明显降低。因此，如何克服上述现有技术存在的问题，提供一种低相位噪声的lc型压控振荡器，来满足pll及其他应用集成电路对相位噪声性能指标的要求，是本领域非常重要的一个技术研究课题。

4、在申请号为201910183529.4的中国专利申请中，公开了一种动态偏置调节的lc压控振荡器。该lc压控振荡器包括交叉耦合对、lc谐振腔、频率调谐模块、峰值检测模块；其中，交叉耦合对的两个差分输出端口分别与lc谐振腔、频率调谐模块、峰值检测模块的两个输入端口并联，且将该两个差分输出端口作为lc压控振荡器的输出端口；交叉耦合对的差分输入端口与峰值检测模块的输出端口相连，由交叉耦合对根据峰值检测模块实时检测所得输出信号的峰值实现动态偏置调节。

技术实现思路

1、本发明所要解决的首要技术问题在于提供一种低相位噪声的lc型压控振荡器。

2、本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种包括该低相位噪声的lc型压控振荡器的电子设备。

3、为了实现上述目的，本发明采用以下的技术方案：

4、根据本发明实施例的第一方面，提供一种低相位噪声的lc型压控振荡器。该lc型压控振荡器包括谐振单元、负阻单元和反馈单元；其中，

5、所述谐振单元和所述负阻单元分别与两个差分输出端并联连接；所述反馈单元的第一输入端与所述谐振单元连接，第二输入端与参考电压端连接，输出端与所述负阻单元连接；

6、所述谐振单元采用电感和电容并联结构，用于产生一定谐振频率的交流信号；所述负阻单元采用pmos交叉耦合对管和npos交叉耦合对管的互补结构，用于补偿每个振荡周期中的能量损耗；所述反馈单元采用闭环反馈结构，用于为所述负阻单元提供第一偏置电压。

7、其中较优地，所述谐振单元中的第一电感的两端分别与第一差分输出端和第二差分输出端连接，第一电感的中间抽头端与所述反馈单元的第一输入端连接。

8、其中较优地，所述反馈单元采用运算放大器构成，其反相输入端与所述谐振单元中第一电感的中间抽头端连接，其同相输入端与参考电压端连接，其输出端与所述负阻单元中的第一偏置电压端连接。

9、其中较优地，所述反馈单元由第三nmos管nm2、第四nmos管nm3、第五nmos管nm4和第三pmos管pm2组成；其中，

10、第三pmos管pm2的源极与电源电压端连接，第三pmos管pm2的栅极与漏极短接连接后一方面与所述负阻单元的第一偏置电压端连接，另一方面与第五nmos管nm4的漏极连接，第五nmos管nm4的栅极作与参考电压端连接；第四nmos管nm3的漏极与电源电压端连接，第四nmos管nm3的栅极与所述谐振单元中第一电感的中间抽头端连接，第四nmos管nm3的源极与第五nmos管nm4的源极连接后共同与第三nmos管nm2漏极连接，第三nmos管nm2的栅极与第三偏置电压端连接，第三nmos管nm2的源极与地电位端连接。

11、其中较优地，所述lc型压控振荡器稳定工作时，所述谐振单元中的第一电感的中间抽头端电压与所述反馈单元的输入参考电压相等。

12、其中较优地，所述负阻单元包括第一pmos管pm0、第二pmos管pm1、第一nmos管nm0和第二nmos管nm1；其中，

13、第一nmos管nm0和第二nmos管nm1组成nmos交叉耦合对管，第一pmos管pm0和第二pmos管pm1组成pmos交叉耦合对管。

14、其中较优地，所述负阻单元还包括第三电容c2、第四电容c3、第三电阻r2和第四电阻r3；其中，

15、第三电容c2和第四电容c3的一端分别与所述第二pmos管pm1和所述第一pmos管pm0的栅极对应连接，另一端分别与第一差分输出端和第二差分输出端对应连接；

16、第三电阻r2和第四电阻r3的一端分别与所述第二pmos管pm1和所述第一pmos管pm0的栅极对应连接，另一端相互连接后作为第一偏置电压端与所述反馈单元的输出端连接。

17、其中较优地，所述负阻单元还包括第一电容c0、第二电容c1、第一电阻r0和第二电阻r1；其中，

18、第一电容c0和第二电容c1的一端分别与所述第二nmos管nm1和所述第一nmos管nm0的栅极对应连接，另一端分别与第一差分输出端和第二差分输出端对应连接；

19、第一电阻r0和第二电阻r1的一端分别与所述第二nmos管nm1和所述第一nmos管nm0的栅极对应连接，另一端相互连接后与第二偏置电压端连接。

20、根据本发明实施例的第二方面，提供一种电子设备，其中包括上述低相位噪声的lc型压控振荡器。

21、与现有技术相比较，本发明提供的低相位噪声的lc型压控振荡器，通过采用将负阻单元的交叉耦合对管的栅极电压单独偏置的技术方案，保证在所有工艺角(pvt)下交叉耦合对管都能够工作在合适的工作区内，以提供较大的跨导gm，实现相位噪声性的有效提高。因此，本发明提供的低相位噪声的lc型压控振荡器，具有结构设计巧妙合理、成本较低和电路性能优异等有益效果，特别适用于供电电压较低的应用场景。