一种自参考宽带的毫米波倍频程压控振荡器

本发明属于射频微波集成电路。

背景技术：

1、目前，随着移动通信技术以及相关产业的发展，移动通信技术已经发展到了第五代(5g)，第六代（6g）移动通信技术也在积极推进过程中。如今人们对无线通信的要求已不仅仅满足于日常基本的沟通交流，超大数据率、超低延时以及超多目标的无线传输需求不断增长，也导致通信常用的米波/厘米波频谱日益拥挤，对大带宽的需求日益迫切。受益于频谱资源丰富、带宽高、精度高等特点，毫米波频段在大数据率通信，能满足多标准，超宽带覆盖的毫米波无线通信系统将成为现代无线通信电子终端的关键部件。作为无线通信系统核心模块之一的频率源，它可以为发射与接收链路提供本振信号，也可以为通信接口、基带处理器等提供时钟信号。频率源频谱纯净度与支持频率宽度对无线通信系统性能和覆盖频宽有着决定性的作用。因此低相位噪声、低抖动、超宽带的频率源设计一直是学术界与工业界关注的热点。

2、基于电耦合和磁耦合相结合的多核压控振荡器架构已经证明具有倍频程能力，可实现超宽频带的覆盖。但是，由于其内部存在多个压控振荡器内核，导致其功耗也随着内核个数线性增加。不仅如此，由于额外的功耗将会导致多余的电流注入谐振腔内，从而引起压控振荡器相噪的恶化。为解决这个问题，常规的技术方案是通过检测压控振荡器起振状态动态调节交叉耦合负阻差分管的偏置状态或者动态调节电路中的电流供给，从而实现功耗降低和振荡器相位噪声的改善。但是，现有方案强烈依赖于电路的参考电压的设置，在不同的工艺角、温度和电压下，存在一定的鲁棒性问题。

技术实现思路

1、发明目的：为了解决上述现有技术存的问题，本发明一种自参考宽带的毫米波倍频程压控振荡器。

2、技术方案：本发明提供了一种自参考宽带的毫米波倍频程压控振荡器，包括振荡器内核电路，模式切换开关电路，模式控制电路，耦合电容电路和谷值电压检测电路；

3、压控振荡器上电开始时，模式控制电路产生模式控制信号和振荡频率控制信号，所述模式切换开关电路根据模式控制信号控制振荡器内核电路中变压器的工作模式以及耦合电容电路的工作模式，从而控制压控振荡器的工作模式，模式控制电路根据控制压控振荡器的工作模式产生电流控制信号，控制振荡器内核电路中输入电流的大小；谷值电压检测电路检测振荡器内核电路的谷值电压，并将谷值电压反馈至振荡器内核电路，从而提高振荡器内核电路中交叉耦合管的跨导，使得压控振荡器快速地完成起振；当压控振荡器起振完成之后，谷值电压检测电路检测到振荡器内核电路中的振荡信号的谷值降低，反馈至交叉耦合管栅端的偏置电压降低，使得跨导降低到合适的维持振荡所需的大小，所述振荡频率控制信号用于控制振荡器内核电路输出的振荡频率。

4、进一步的，所述振荡器内核电路包括拷贝电流，第一运算放大器，第一～四vco核心电路，第一场效应管晶体管和第一、第二变压器；所述第一～四vco核心电路的结构相同，均包括开关电容阵列，变容管，第一、第二电容，第一、第二电阻，第二～四场效应晶体管，开关电容阵列的正极板记为正极端点与变容管的正极板，第一电容的正极以及第二场效应晶体管的漏极连接，开关电容阵列的负极板记为负极端点与变容管的负极板，第二电容的负极以及第三场效应晶体管的漏极连接；第一电容的负极连接第三场效应晶体管的栅极和第二电阻的一端，第二电容的负极连接第二场效应晶体管的栅极和第一电阻的一端，第一、第二电阻的另外一端相互连接后连接第一运算放大器的输出端；第二、第三场效应晶体管构成交叉耦合管，第二、第三场效应晶体管的源级相互连接后连接第四场效应晶体管的漏极和第一运算放大器的反相输入端，第一运算放大器的同相输入端连接谷值电压检测电路，第四场效应晶体管的源级接地；第四场效应晶体管的栅极连接第一场效应晶体管的栅极，第一场效应晶体管的漏极以及电流源；第一场效应晶体管的源级接地；第一vco核心电路的正极端点和负极端点连接第一变压器的原边，第二vco核心电路的正极端点和负极端点连接第一变压器的副边，第三vco核心电路的正极端点和负极端点连接第二变压器的原边，第四vco核心电路的正极端点和负极端点连接第二变压器的副边。

5、进一步的，所述谷值电压检测电路包括谷值采样电路，第一运算放大器和第三、四电阻；所述谷值采样电路包括：第五、第六场效应晶体管和第三电容；所述第五、第六场效应晶体管的源级均连接第三电容的正极，第三电容的负极接地，所述第五场效应晶体管的栅极连接第六场效应晶体管的漏极和任意一个vco核心电路的负极端点；第五场效应晶体管的漏极连接第六场效应晶体管的栅极和相应vco核心电路的正极端点；

6、所述第二运算放大器的同向输入端连接第三电容的正极，反向输入端连接第二运算放大器的输出端和第三电阻的一端，第三电阻的另外一端连接振荡器内核电路和第四电阻的一端，第四电阻的另外一端接地。

7、进一步的，该压控振荡器还包括若干个匹配电路，匹配电路的电路结构与谷值采样电路结构相同；振荡器内核电路中除连接谷值采样电路的vco核心电路，其他vco核心电路均连接一个匹配电路。

8、进一步的，所述模式切换开关电路包括栅控信号gme控制第一～四pmos管，栅控信号gmo控制的第五～八pmos管、栅控信号gee控制的第九～十三pmos管、栅控信号geo控制的第十四～十七pmos管；栅控信号gme，栅控信号gmo，栅控信号gee和栅控信号geo均为模式控制电路产生的模式控制信号；

9、压控振荡器的第一vco核心电路的正极端点连接第一、第六pmos管的源级以及第十、第十四pmos管的漏极；第一vco核心电路的负极端点连接第二、第五pmos管的源级以及第九、第十三pmos管的漏极；第二vco核心电路的正极端点连接第一、第五、第十一和第十五pmos管的漏极；第二vco核心电路的负极端点连接第二、第六、第十二以及第十六pmos管的漏极；第三vco核心电路的正极端点连接第四、第七、第十和第十三晶体管的源级；第三vco核心电路的负极端点连接第三、第八、第九、第十四pmos管的源级；第四vco核心电路的正极端点连接第四、第八pmos管的漏极以及第十一、第十六pmos管的源级；第四vco核心电路的负极端点连接第三、第七pmos管的漏极以及第十二、十五pmos管的源级。

10、进一步的，耦合电容电路包括第一～四耦合电容阵列，第一～四耦合电容阵列结构相同均包括相互并联的固定电容和可变电容；第一耦合电容阵列的正极连接第一vco核心电路的正极端点，负极连接第三vco核心电路的正极端点；第二耦合电容阵列的正极连接第一vco核心电路的负极端点，负极连接第三vco核心电路的负极端点；第三耦合电容阵列的正极连接第二vco核心电路的正极端点，负极连接第四vco核心电路的正极端点；第四耦合电容阵列的正极连接第二vco核心电路的负极端点，负极连接第四vco核心电路的负极端点。

11、有益效果：本发明针对硅基cmos多核多模压控振荡器功耗较高的问题，提出谷值电压检测结合动态调节偏置电压的方法来动态调节交叉耦合管的跨导，减小了系统功耗的同时，提高了压控振荡器的相噪表现，优化了系统的fom值。