新型等效電容陣列線性電感電容壓控振蕩器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于集成電路領域，涉及到一種基于新型等效開關電容的線性電感電容壓控振蕩器的設計。
【背景技術】
[0002]隨著CMOS工藝的改進、特征尺寸的不斷減小以及采用銅連線等技術，其截止頻率已接近GaAs的水平，并且其截止頻率還將隨著工藝特征尺寸的進一步縮小而不斷提高。CMOS工藝具有低功耗、低成本、高集成度的優勢，是其它工藝無法比擬的，CMOS工藝實現射頻集成電路有著非常誘人的前景。集成電路制造工藝的進步也極大地促進了無線通信產業的發展，特別是那些個人移動通信產品，發展速度尤為驚人。
[0003]無線通信系統的核心部件是無線收發器，它由三部分電路組成:射頻前端、信號處理后端和用戶端接口。射頻前端負責射頻信號與低頻基帶信號之間的頻率轉換，信號處理后端負責信號的調制與解調，而用戶端接口則實現人機之間的信息交互。顯然，射頻前端必須具有兩種不同的工作模式，即接收和發射。頻率合成器是收發器中的一個關鍵單元電路，用來產生無線收發器中信道選擇和頻率變換所需的精準、純粹并且穩定的本振信號，使系統可以較好地進行變頻處理，將接收到的射頻信號降低頻率后送入低頻的基帶，或者將基帶信號上變頻轉換成射頻信號發射出去，因為頻率綜合器為接收和發射都提供本振信號，所以頻率綜合器的性能好壞對無線收發器有很大的影響，因此對頻率綜合器性能的要求十分嚴格。
[0004]壓控振蕩器是鎖相環最關鍵的模塊，傳統壓控振蕩器采用電感和變容管構成振蕩腔，利用數字信號控制下的電容陣列進行粗略調諧，擴大工作頻率范圍，使用加載在變容管上的模擬電壓進行精確調諧。傳統使用的電容陣列一般使用二進制加權或者線性疊加，在打開的開關數增加時，步進頻率會發生波動，調諧增益也會變化，從而影響了鎖相環的環路特性。這種波動會影響鎖相環的的性能參數，例如:鎖定時間、頻譜純度和穩定性等，從而影響無線收發器的性能，因此在整個調諧頻率內高線性的壓控振蕩器的設計和研究對于無線收發器乃至無線通信系統研究具有重要意義。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提供一種新型等效電容陣列線性電容電感壓控振蕩器。主要應用于無線傳感網絡、射頻標簽等射頻系統中的鎖相環頻率綜合器，以提供線性的調諧特性，從而為系統提供一個精準、純粹并且穩定的本振信號用于頻率變換。
[0006]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:
[0007]—種新型等效電容陣列線性電感電容壓控振蕩器，包括等效電容電壓產生器、互補式交叉耦合對管構成的負阻、變容管、電感L ;數字信號和調諧電壓輸入到等效電容電壓產生器后，等效電容電壓產生器和變容管相連，變容管分別和負阻、電感L并聯從而構成壓控振蕩器，最后壓控振蕩器和輸出部件相連；等效電容電壓產生器用于產生一組直流電壓，為調諧信號提供直流偏置，設定不同數字信號控制下的電容值，從而控制壓控振蕩器的中心振蕩頻率，調諧信號和直流電壓疊加之后的信號加載變容管上，從而控制壓控振蕩器的振蕩頻率，得到需要的輸出信號。利用變容管上的電壓決定了變容管的電容值，任意的電壓值意味著我們可以選取任意的電容值。通過控制調諧電壓的直流偏置電壓來控制不同數字信號控制下的電容值的大小。
[0008]進一步，所述等效電容電壓產生器包括電阻陣列、電流源陣列和電壓電流轉換器，電壓電流轉換器用于實現將調諧電壓轉換成電流信號，然后和電流源陣列產生的直流偏置電流疊加在一起流向電阻陣列，電阻陣列用于將流過的電流信號轉換成電壓信號，得到一組電壓信號用于控制變容管的電容大小并調節不同數字信號下的調諧增益。
[0009]進一步，所述電阻陣列中:R1?R5依次串聯連接，相鄰的電阻中間都有一個對地的NM0S開關管，在數字信號S1?S4的控制下，電阻陣列可以提供不同的阻抗，用于實現對不同數字信號控制下壓控振蕩器的調諧增益進行調節。
[0010]進一步，所述電流源陣列和電壓電流轉換器中，
[0011]電流源陣列利用電流鏡從基準電流處復制電流:PM0S0提供基準電流，PM0S1-PM0S6從PM0S0處以一定比例復制電流；利用S1-S4數字信號控制下的PM0S7-PM0S10開關控制電流鏡產生的直流電流大小，PM0S11的柵極接地使其始終處于導通狀態，為電流鏡產生的直流電流提供一個最小值；電壓電流轉換器中的PM0S12將調諧電壓轉換成電流信號，然后與電流鏡產生的直流電流疊加，從而電流源陣列和電壓電流轉換器與電阻陣列為調諧電壓提供直流偏置電壓。
[0012]進一步，所述壓控振蕩器中，電感L和一對M0S變容管C并聯構成壓控振蕩器的諧振腔，NM0S4、NM0S5、PMOS 13、PM0S14開關構成互補式交叉耦合對管，為諧振腔提供能量以保持持續振蕩，產生輸出信號。
[0013]本發明具有的有益效果是:
[0014]1)—種新型等效線性電感電容壓控振蕩器。利用歐姆定律將調諧電壓轉換成電流和電阻的乘積，從而得到一個額外的參數將調諧特性分為同一數字控制信號下得到的調諧特性和不同數字控制信號下的步進頻率特性來進行控制，由于電壓是連續的，所以可以取至IJ任意的等效開關電容，比傳統開關電容陣列更加靈活。
[0015]2)本發明的發明點不同于傳統的通過控制接入的電容面積控制開關電容的電容值，本文中通過控制調諧電壓的直流偏置電壓來控制不同數字信號控制下的電容值的大小。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發明中新型等效電容陣列壓控振蕩器框圖。
[0017]圖2為本發明中等效電容電壓產生器框圖。
[0018]圖3為本發明中新型等效電容陣列中的電阻陣列原理圖。
[0019]圖4為本發明中電流源陣列和電壓電流轉換器原理圖。
[0020]圖5為本發明新型等效電容陣列壓控振蕩器的電路原理圖。
【具體實施方式】
[0021]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。
[0022]下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。
[0023]如圖1所示，新型等效電容陣列壓控振蕩器包括等效電容電壓產生器、互補式交叉耦合對管構成的負阻、變容管、電感；數字信號和調諧電壓輸入到等效電容電壓產生器，等效電容電壓產生器和變容管相連，變容管分別和負阻、電感相連從而構成壓控振蕩器，最后壓控振蕩器和輸出部件相連；等效電容電壓產生器用于產生一組直流電壓，為調諧信號提供直流偏置，然后調諧信號和直流電壓疊加之后的信號加載變容管上，從而控制壓控振蕩器的振蕩頻率，得到需要的輸出信號。
[0024]本發明的發明點不同于傳統的通過控制接入的電容面積控制開關電容的電容值，本文中通過控制調諧電壓的直流偏置電壓來控制不同數字信號控制下的電容值的大小。
[0025]如圖2所示為等效電容電壓產生器，等效電容電壓產生器包括電流源陣列和電壓電流轉換器、電阻陣列；電壓電流轉換器用于實現將輸入電壓(調諧電壓)轉換成電流信號，然后和電流源陣列產生的直流偏置電流疊加在一起流過電阻陣列，電阻陣列用于將流過的電流信號轉換成電壓信號，得到一組電壓信號用于控制變容管的電容大小并調節不同數字信號下的調諧增益。
[0026]圖3為電阻陣列，其中R1、R2、R3、R4、R5串聯連接，相鄰的電阻中間都有一個對地的NM0S開關，在數字信號Sl、S2、S3、S4的控制下，電阻陣列可以提供不同的阻抗，用于實現對不同數字信號控制下壓控振