一种低相噪低功耗宽带压控振荡器电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于微电子技术领域，一种低相噪低功耗宽带压控振荡器电路。
【背景技术】
[0002] 近年来无线通信飞速发展，工作频段设及百兆到万兆，该样就需要设计低功耗宽 频带的收发机W满足多种无线通信协议的要求。作为收发机中最基本的构成模块，压控振 荡器为发射和接收提供本振频率，是系统中工作频率最高的模块。压控振荡器在保证功耗 和相位噪声的前提下，应有较宽的频率覆盖范围，W满足不同应用的需要。
[0003] 振荡器常用的结构有电感电容振荡器和环形振荡器。环形振荡器可W采用纯数字 CMOS工艺实现，不需要电感元件，能够实现较宽的调谐范围。但其噪声性能较差，限制了它 在射频通信系统中的应用。基于负阻原理的LC振荡器由于具有带通滤波器特性，适合有低 噪声要求的射频系统。利用可变电容与电感构成谐振回路即可获得压控振荡器。由于可变 电容的电容值变化范围有限，调谐范围较窄，通常采用可变电容与开关电容阵列结合的结 构。但是在谐振回路上并联过多的开关电容会显著降低回路的品质因子，导致振荡输出相 位噪声恶化，功耗增加，起振时间延长。因此在宽频带要求下如何降低相位噪声和功耗成为 振荡器电路设计的关键问题。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种低相位噪声、低功耗的，与CMOS集成电路工艺完全兼容 的宽带振荡器电路。
[0005] 本发明包括一个负阻振荡结构和两个缓冲结构，负阻振荡结构包括负阻结构和谐 振网络；
[0006]第二PM0S管MP2、第SPM0S管MP3、第二NM0S管MN2 和第SNM0S管MN3 构成负 阻结构，其中第二PM0S管MP2的栅极、第SPM0S管MP3的漏极与第二NM0S管MN2的栅极、 第SNM0S管MN3的漏极连接，作为同相输出端CKP，第SPM0S管MP3的栅极、第二PM0S管 MP2的漏极与第SNM0S管MN3的栅极、第二NM0S管MN2的漏极连接，作为反相输出端CKN;
[0007] 谐振电感L3、开关电容阵列SCA、第一可变电容Cvarl、第二可变电容Cvar2、第一 固定电容C3、第二固定电容C4构成谐振网络，其中第一可变电容Cvarl的正极、第一固定电 容C3的一端、谐振电感L3的一端、开关电容阵列SCA的一端接反相输出端CKN，第二可变电 容Cvar2的正极、第二固定电容C4的一端、谐振电感L3的另一端、开关电容阵列SCA的另 一端接同相输出端CKP，第一固定电容C3的另一端与第二固定电容C4的另一端连接，第一 可变电容Cvarl的负极与第二可变电容Cvar2的负极连接，作为振荡器电路的控制电压输 入端Vctrl;
[000引第一滤波电容C1和第一滤波电感L1并联作为电源噪声滤波器，并联后的一端接 电源VDD，并联后的另一端与第二PM0S管MP2的源极、第SPM0S管MP3的源极连接；第二 滤波电容C2和第二滤波电感L2并联作为衬底噪声滤波器，并联后的一端接地，并联后的另 一端与第二NMOS管MN2的源极、第SNPMOS管MN3的源极连接；
[0009] 第一PM0S管MP1和第一NM0S管丽1构成一个缓冲结构，第一PM0S管MP1的栅极 和第一NM0S管丽1的栅极接反相输出端CKN，第一PM0S管MP1的漏极与第一NM0S管丽1 的漏极连接，作为振荡器电路的反相时钟输出端CLKN;第四PM0S管MP4和第四NM0S管MN4 构成另一个缓冲结构，第四PM0S管MP4的栅极和第四NM0S管MN4的栅极接同相输出端CKP， 第四PM0S管MP4的漏极与第四NM0S管MN4的漏极连接，作为振荡器电路的同相时钟输出 端CLKP;第一PM0S管MP1的源极和第四PM0S管MP4的源极接电源VDD，第一NM0S管MN1 的源极和第四NM0S管MN4的源极接地；
[0010] 所述的开关电容阵列SCA包括十五个开关电容单元，每个开关电容单元的结构相 同，包括两个MOM电容、两个反相器和一个NM0S管，第一MOM电容Csl的一端、第一反相器 Invl的输出端接NM0S管丽S的漏极，第二MOM电容Cs2的一端、第二反相器Inv2的输出端 接NM0S管丽S的源极，NM0S管丽S的栅极与第一反相器Invl的输入端和第二反相器Inv2 的输入端连接，作为该开关电容单元的选通输入端；所有开关电容单元的第一MOM电容Csl 的另一端连接，作为开关电容阵列SCA的一端，所有开关电容单元的第二MOM电容Cs2的另 一端连接，作为开关电容阵列SCA的另一端；
[0011] 十五个开关电容单元中的一个开关电容单元的选通输入端独立设置，作为振荡器 电路的一级频带控制选择端D1 ;两个开关电容单元的选通输入端连接，作为振荡器电路的 二级频带控制选择端D2 ;四个开关电容单元的选通输入端连接，作为振荡器电路的=级频 带控制选择端D3 ;八个开关电容单元的选通输入端连接，作为振荡器电路的四级频带控制 选择端D4。
[0012] 开关电容单元中的MOM电容采用S维叉指电容，包括多层水平设置的平面叉指电 容，所述的平面叉指电容为设置在娃衬底上的一对平面呈梳齿状的金属膜，每个金属膜包 括平行的梳齿条C-2和连接条C-1，连接条C-1将多个梳齿条C-2并接，两片金属膜呈叉指 状设置，相邻两层的平面叉指电容的两片金属膜位置互换，并通过设置在连接条处的金属 化通孔C-3连通，在竖直方向上形成立面叉指电容。
[0013] 本发明的振荡器电路实现了较宽的频率调节范围，通过相应的相位噪声优化， 实现了低相位噪声和低功耗的性能。通过SMIC65皿CMOS工艺流片实现的压控振荡器 输出频率范围为0. 75~1. 5GHz，频率调节范围达到83%，相位噪声在1. 21GHz频点处 为-125. 84地c/Hz，F0M可达-184,功耗仅为2. 25加。
【附图说明】
[0014] 图1为本发明的整体电路图；
[0015] 图2为图1中开关电容阵列的电路图；
[0016] 图3-1为图2中MOM电容的平面结构示意图；
[0017] 图3-2为图2中MOM电容的立面结构示意图；
[001引图4为相位噪声与NM0S管沟道宽长比的关系曲线；
[0019] 图5为相位噪声与谐振腔电感感值的关系曲线。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合附图对本发明的电路结构和相位噪声优化方法作进一步详细说明。为了 说明本发明的效果，采用65nmCMOS工艺进行设计流片验证。
[0021] 如图1所示，一种低相噪低功耗宽带压控振荡器电路包括一个负阻振荡结构和两 个缓冲结构，负阻振荡结构包括负阻结构和谐振网络；
[002引 第二PM0S管MP2、第SPM0S管MP3、第二NM0S管MN2和第SNM0S管MN3构成负 阻结构，其中第二PM0S管MP2的栅极、第SPM0S管MP3的漏极与第二NM0S管MN2的栅极、 第SNM0S管MN3的漏极连接，作为同相输出端CKP，第SPM0S管MP3的栅极、第二PM0S管 MP2的漏极与第SNM0S管MN3的栅极、第二NM0S管MN2的漏极连接，作为反相输出端CKN;
[0023] 谐振电感L3、开关电容阵列SCA、第一可变电容Cvarl、第二可变电容Cvar2、第一 固定电容C3、第二固定电容C4构成谐振网络，其中第一可变电容Cvarl的正极、第一固定电 容C3的一端、谐振电感L3的一端、开关电容阵列SCA的一端接反相输出端CKN，第二可变电 容Cvar2的正极、第二固定电容C4的一端、谐振电感L3的另一端、开关电容阵列SCA的另 一端接同相输出端CKP，第一固定电容C3的另一端与第二固定电容C4的另一端连接，第一 可变电容Cvarl的负极与第二可变电容Cvar2的负极连接，作为振荡器电路的控制电压输 入端Vctrl;
[0024] 第一滤波电容Cl和第一滤波电感L1并联作为电源噪声滤波器，并联后的一端接 电源VDD，并联后的另一端与第二PM0S管MP2的源极、第SPM0S管MP3的源极连接；第二 滤波电容C2和第二滤波电感