一种采用电感电容双调谐的高效率谐波压控振荡器

本发明属于射频集成电路领域，具体提供一种采用电感电容双调谐的高效率谐波压控振荡器，具有工作频率高、调谐范围大和高效率特性。

背景技术：

1、随着移动无线通信系统和5g技术的应用，对更高数据率的需求使得具有丰富频谱资源的毫米波频段(30～300ghz)产生了巨大的吸引力，特别是在成像系统、雷达和高速无线通信系统中。毫米波压控振荡器作为毫米波收发机系统中最重要的一部分，其性能在整个系统占据着举足轻重的地位。随着频率升高，毫米波压控振荡器中无源器件损耗逐渐增加，特别是可变电容的性能恶化，导致毫米波压控振荡器最为关键的两个性能指标(输出功率和调谐范围)急剧恶化。因此，如何在毫米波频段实现大调谐范围和高效率的毫米波压控振荡器是目前面临的一大难题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提出一种采用电感电容双调谐的高效率谐波压控振荡器，用以解决毫米波频段下随频率上升所导致的无源器件的性能恶化(如可变电容)使得压控振荡器调谐范围小和输出功率低的问题；本发明基于push-push谐波振荡器电路结构实现，通过采用有源可变电容技术，改善了可变电容的q值，从而实现了输出功率的提升；通过采用电感磁调谐技术，实现了电感调谐，从而使得调谐范围得以提升。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种采用电感电容双调谐的高效率谐波压控振荡器，包括：push-push谐波振荡器、有源可变电容和磁调谐电感；其特征在于：

4、所述的push-push谐波振荡器包括：晶体管m1、晶体管m2、晶体管m3、晶体管m4、电容c1、电容c2、相噪改善电阻r2、匹配传输线tl3、匹配电容c3、直流传输线tl1和直流传输线tl2。晶体管m1的集电极和晶体管m3的发射极相连，同样，晶体管m2的集电极和晶体管m4的发射极相连；晶体管m1的发射极和直流传输线tl1的一端相连，直流传输线tl1另一端与相噪改善电阻r2的一端相连，同样，晶体管m2的发射极和直流传输线tl2的一端相连，直流传输线tl2另一端与相噪改善电阻r2的一端相连；相噪改善电阻r2的一端连接直流传输线tl1和tl2，另一端与地相连；晶体管m3的基极和集电极与晶体管m4的基极和集电极与匹配传输线tl3的一端与匹配电容c3的一端相连；匹配传输线tl3的一端与匹配电容c3的一端与晶体管m3的基极和集电极与晶体管m4的基极和集电极相连，另一端与电源电压vdd相连；电容c1连接在晶体管m1的基极和发射极之间，同样，电容c2连接在晶体管m2的基极和发射极之间；

5、所述的有源可变电容包括：晶体管m6、晶体管m7、晶体管m8、晶体管m9、电容c4、电容c5、直流电容cdc1、直流电容cdc2、直流电阻r3、直流电阻r4、直流传输线tl4、直流传输线tl5。晶体管m6的发射极与晶体管m8的集电极与直流传输线tl4的一端相连，同样，晶体管m7的发射极与晶体管m9的集电极与直流传输线tl5的一端相连；晶体管m8的基极和发射极与晶体管m9的基极和发射极相连到控制电压vcon；晶体管m6和晶体管m7的集电极相连到电压vddav；晶体管m6的基极与直流电阻r3的一端与直流电容cdc1的一端相连，同样，晶体管m7的基极与直流电阻r4的一端与直流电容cdc2的一端相连；电容c4的两端分别连接到晶体管m6的基极和发射极，同样，电容c5的两端分别连接到晶体管m7的基极和发射极；直流电容cdc1的另一端与上述的push-push谐波振荡器中的晶体管m1的发射极与直流传输线tl1的一端相连，同样，直流电容cdc2的另一端与上述的push-push谐波振荡器中的晶体管m2的发射极与直流传输线tl2的一端相连；直流电阻r3的一端与晶体管m6的基极与直流电容cdc1的一端与电容c4的一端相连，另一端与偏置电压vbav相连，同样，直流电阻r4的一端与晶体管m7的基极与直流电容cdc2的一端与电容c5的一端相连，另一端与偏置电压vbav相连；

6、所述的磁调谐电感包括：电感l1、电感l2、电感l3、电感l4、直流电阻r1、开关晶体管m5。电感l1和l2组成一个变压器线圈，同样，电感l3和l4组成另一个变压器线圈，两个变压器线圈之间形成磁耦合；电感l1的一端与电感l2的一端与直流电阻r1的一端相连，直流电阻r1的另一端与偏置电压vbias1相连；电感l1的另一端与上述的push-push谐波振荡器中的晶体管m1的基极相连，同样，电感l2的另一端与上述的push-push谐波振荡器中的晶体管m2的基极相连；电感l3的一端与电感l4的一端与地相连，另一端分别与开关晶体管m5的发射极和集电极相连；开关晶体管m5的基极与控制电压vconml相连；

7、进一步的，所述晶体管m1与晶体管m2采用相同结构与尺寸的npn晶体管；晶体管m3与晶体管m4采用相同结构与尺寸的npn晶体管；晶体管m6与晶体管m7采用相同结构与尺寸的npn晶体管；晶体管m8与晶体管m9采用相同结构与尺寸的npn晶体管。电感l1和电感l2采用相同的线圈电感，同样，电感l3和电感l4采用相同的线圈电感。

8、基于上述技术方案，本发明的有益效果在于：

9、本发明提供一种采用电感电容双调谐的高效率谐波压控振荡器，基于push-push谐波振荡器的电路结构实现，通过采用有源电容技术，解决了因频率上升所导致的无源可变电容的性能恶化问题，使得输出功率得以改善，与有源可变电容所引入的功耗相比，效率得到极大提升。同时，通过采用电感磁调谐技术，在不引入额外功耗的前提下，实现了调谐范围的较大提升，与传统的电感调谐技术相比，在功耗方面具有极大优势。

技术特征：

1.一种采用电感电容双调谐的高效率谐波压控振荡器，包括：push-push谐波振荡器、有源可变电容和磁调谐电感；其特征在于：

2.按权利要求1所述采用电感电容双调谐的高效率谐波压控振荡器，其特征在于，所述晶体管m1、晶体管m2均采用同样的npn晶体管；晶体管m3、晶体管m4均采用同样的npn晶体管；晶体管m6、晶体管m7均采用同样的npn晶体管；晶体管m8、晶体管m9均采用同样的npn晶体管。电感l1和电感l2采用相同的线圈电感，同样，电感l3和电感l4采用相同的线圈电感。

技术总结
本发明属于射频集成电路领域，提供一种采用电感电容双调谐的高效率谐波压控振荡器，用以解决在毫米波频段下随频率上升所导致的无源器件的损耗增加(特别是无源可变电容的性能恶化)，使得压控振荡器调谐范围小和输出功率低的问题；本发明包括：Push‑Push谐波振荡器、有源可变电容和磁调谐电感，通过采用有源电容技术，解决了因频率上升所导致的无源可变电容的性能恶化问题，使得输出功率得以改善，与有源可变电容所引入的功耗相比，电路效率得到极大提升。同时，通过采用电感磁调谐技术，在不引入额外功耗的前提下，提升了调谐范围，与传统的电感调谐技术。

技术研发人员：王政,李锐,谢倩
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10