一种多模分频的注入锁定分频器制造技术

本发明专利技术涉及一种多模分频的注入锁定分频器，包括负阻单元、调谐单元和信号注入单元和差分输出缓冲器，负阻单元采用由四个MOS管M1,M2,M3,M4构成的互补的交叉耦合对管负阻单元；调谐单元，由峰值电感L1，压控可变电容Cvar，以及2bit开关电容阵列通过并联的方式组成一个调谐频率可变的谐振腔；信号注入单元，由并联的双MOS管Ms1,Ms2，以及多模切换单元串联组成；利用并联双MOS管直接注入的方式为振荡器注入分频信号，利用压控可变电容和开关电容阵列改变谐振腔的谐振频率，改变分频比，并通过串联峰值电感L1来增强谐波的能量，拓宽锁定范围。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于集成电路设计
，涉及一种分频器。
技术介绍
随着科技的迅猛发展和人们对高性能便携式电子产品的需求日益增长，无线通信技术几乎存在于所有的电子产品中，这些技术包括移动通信、卫星通信、无线局域网、射频识别、超宽带技术等。在现代通信系统中，射频无线收发前端起着举足轻重的作用。随着对信息获取、传输以及处理的要求不断提高，极其关键的挑战就是稳定的本振的获取，而基于精确的相位调制的锁相环频率合成器则成为了很好的选择。锁相环频率合成器中最为重要的两个模块就是压控振荡器和分频器，而随着频率合成器工作频率的不断提高，对分频器的要求就更加严格。在频率合成器中，分频器作为直接连接在压控振荡器后的电路，往往是系统中工作在最高频率的基本单元之一，决定了电路所能达到的最高速度，其性能好坏直接影响到通信系统的整体性能。尤其是预分频器，将高频振荡器信号分频降低到数字逻辑可以处理的范围，将射频模块和可编程数字逻辑很好的连接。目前，主流的高速分频电路主要有以下三种结构：触发器结构分频器和电流模逻辑分频器、再生环路分频器、以及注入锁定分频器。由于静态触发器结构的分频器具有集成度高，全频带工作的优势，大多数低速电路中都采用触发器结构分频器或者电流模逻辑分频器来完成分频功能。但这种分频器的功耗通常较大，而且会随着系统工作频率的提高而显著增加，因此静态分频器在高频系统中的应用非常有限。而再生环路分频器的极限工作频率很高，然而其实现需要较复杂的电路模块，且功耗较大，不适用于低功耗系统的设计。注入锁定分频器工作频率高而且功耗低，同时由于自身的抑制作用其相位噪声特性较好，能提供高质量的输出信号。注入锁定分频器的最大缺陷是其锁定范围比较窄，只能只能完成窄带工作，但考虑到现阶段大多数无线应用均为窄带系统，故注入锁定分频器依然能够在特定频段内有效完成分频工作。另外，由于在原理上利用了谐波与基波的差频实现分频功能，因此分频比通常不会很大，而且分频数很有限。基于以上原因，设计实现大分频比、多模分频、宽锁定范围的注入锁定分频器成为无线通信射频前端电路领域的重要课题。
技术实现思路
本专利技术的目的是在保持注入锁定分频器低功耗、高工作频率的前提下，提供给一种新的注入锁定分频器，以实现更宽的锁定范围，更大的分频比，更多的分频模数。主要技术方案如下：一种多模分频的注入锁定分频器，包括负阻单元、调谐单元和信号注入单元和差分输出缓冲器，其特征在于，负阻单元采用由四个MOS管M1,M2,M3,M4构成的互补的交叉耦合对管负阻单元；调谐单元，由峰值电感L1，压控可变电容Cvar，以及2bit开关电容阵列通过并联的方式组成一个调谐频率可变的谐振腔；信号注入单元，由并联的双MOS管Ms1,Ms2，以及多模切换单元串联组成，接在电路两个输出节点，其中多模切换单元由切换开关和可调谐串联LC谐振腔组成；负阻单元、调谐单元和信号注入单元并联在一起，组成核心电路，核心电路的两个端口作为注入锁定分频器的差分输出节点，节点信号分别通过两个缓冲器的缓冲和放大之后输出到后级电路；利用并联双MOS管直接注入的方式为振荡器注入分频信号，利用压控可变电容和开关电容阵列改变谐振腔的谐振频率，改变分频比，并通过串联峰值电感L1来增强谐波的能量，拓宽锁定范围。附图说明图12/3/4/5分频注入锁定分频器电路原理图图2谐波增强单元等效电路具体实施方式本专利技术在互补MOS负阻LC振荡器的基础上，通过并联双MOS管直接注入的方式为振荡器注入分频信号，通过压控可变电容和开关电容阵列、串联峰值电感提高注入锁定发范围，通过开关切换的压控可变电容调谐来改变分频比，从而实现了低功耗、宽锁定范围、多模分频的注入锁定分频器。下面结合附图对本专利技术进行说明。(1)电容调谐单元提高锁定范围。如图1所示，通过改变加在可变电容Cvar上的调谐电压Vtune，来改变谐振腔的电容值，进而改变自激振荡频率，实现了随调谐电压增大而升高的振荡频率。还有2bit的开关电容阵列，通过控制两组阵列的开关(SW1，SW2)的开闭情况，能有4种组合模式，每种模式下接入谐振腔中的电容值不同，通过调整开关电容及可变电容的容值，来得到4条相互交叠的频带，进一步展宽自激振荡频率范围，锁定范围随着增大。衬底偏置技术及电容调谐单元的应用，保证了2分频时有较宽的锁定范围。(2)串联峰值电感提高锁定范围。如图2所示，在注入管一侧串联电感L2，由该电感来实现谐波增强的功能。L2和其两端的寄生电容构成了带通滤波器。由上面的等效电路可以得到带通滤波器的中心频率：其中，C1是注入管的源端寄生电容，C2是M1的源栅电容与M2的漏区-衬底间结电容以及可变电容的总电容。当LC带通滤波器振荡在谐振腔的n次谐波处时，节点A处的阻抗将会增大，因此n+1分频下的锁定范围便会明显增大。另外，可变电容的调谐与开关的切换保证电路可工作在多种不同分频比的模式下。通过控制与注入管单元联的LC带通滤波器的电感电容值，进而改变其中心频率，使其分别处在二次谐波、三次谐波及四次谐波处，这样便能实现3/4/5分频。如图1所示，具体分频模式的切换方式为：当开关管SW3闭合，Vtune2＝0时，实现2分频；当SW3开启，Vtune2＝0V时，实现3分频；当SW3开启，Vtune2＝1.5V时，实现4分频；当SW3开启，Vtune2＝3V时，实现5分频。(3)提高注入单元的注入效率，进而提高锁定范围。如图1所示，双端直接注入结构，由Ms1和Ms2共同构成注入单元。因为考虑到电路要实现多模数分频，而越高次的谐波越微弱，因此要保证很强的注入效率，才能实现各个分频模数下ILFD都有较宽的锁定范围。注入管由Ms1和Ms2并联构成，注入管的栅极将入射电压信号转变成电流信号并与谐振腔内基波频率信号的电流进行混频。(4)互补MOS负阻单元提供足够大的跨导。提供维持振荡器稳定工作的负阻单元是采用互补交叉耦合对结构，即由四个晶体管(M1，M2，M3，M4)构成。这种互补结构能提供更大的跨导来保证起振，相比于单独使用NMOS管或PMOS管的结构，电路功耗更小。此外，采用互补结构的负阻单元，更利于两端输出信号以标准差分输出形式。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多模分频的注入锁定分频器，包括负阻单元、调谐单元和信号注入单元和差分输出缓冲器。其特征在于，负阻单元采用由四个MOS管M1,M2,M3,M4构成的互补的交叉耦合对管负阻单元；调谐单元，由峰值电感L1，压控可变电容Cvar，以及2bit开关电容阵列通过并联的方式组成一个调谐频率可变的谐振腔；信号注入单元，由并联的双MOS管Ms1,Ms2，以及多模切换单元串联组成，接在电路两个输出节点，其中多模切换单元由切换开关和可调谐串联LC谐振腔组成；负阻单元、调谐单元和信号注入单元并联在一起，组成核心电路，核心电路的两个端口作为注入锁定分频器的差分输出节点，节点信号分别通过两个缓冲器的缓冲和放大之后输出到后级电路；利用并联双MOS管直接注入的方式为振荡器注入分频信号，利用压控可变电容和开关电容阵列改变谐振腔的谐振频率，改变分频比，并通过串联峰值电感L1来增强谐波的能量，拓宽锁定范围。

【技术特征摘要】
1.一种多模分频的注入锁定分频器，包括负阻单元、调谐单元和信号注入单元和差分输出缓冲器。其特征在于，负阻单元采用由四个MOS管M1,M2,M3,M4构成的互补的交叉耦合对管负阻单元；调谐单元，由峰值电感L1，压控可变电容Cvar，以及2bit开关电容阵列通过并联的方式组成一个调谐频率可变的谐振腔；信号注入单元，由并联的双MOS管Ms1,Ms2，以及多模切换单元串联组成，接在电路两个输出节点，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张为，刘建涛，高婉航，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12