CMOS低增益宽调谐范围全集成Ka波段毫米波正交压控振荡器

摘要

本发明公开了一种CMOS低增益宽调谐范围全集成Ka波段毫米波正交压控振荡器，振荡器谐振腔中加入由高低电平直接控制的MOS可变电容管阵列实现接入电容大小的切换，进而实现多子带调谐以获得低调谐增益和宽调节范围，并拥有较好的相位噪声性能。此外，压控振荡器中采用的共平面波导线电感具有很高的品质因子以实现更好的相位噪声性能。电路直接输出差分正交信号且正交精度高（<1°），在中心频率30GHz下、1MHz和10MHz频偏处的相位噪声可达到‑107.3dBc/Hz和‑129.6dBc/Hz。总功耗为80mW。可作为Ka波段无线通信系统中的本振信号源，也可作为频率综合器中的压控振荡器使用。

主权项

一种CMOS低增益宽调谐范围全集成Ka波段毫米波正交压控振荡器，其特征在于该振荡器由两个振荡器核心和耦合网络构成，两个振荡器核心通过有源器件耦合网络形成所述正交压控振荡器；其具体形式为：第一振荡器核心（VCO1）中，第一NMOS管M11的源极与第二NMOS管M12的源极共同连接到地线GND上，第一NMOS管M11的漏极、第二NMOS管M12的栅极、第一可变电容管M13的栅极、第三可变电容管M15的栅极、第五可变电容管M17的栅极共同连接到振荡器核心的正相输出端IP，第二NMOS管M12的漏极、第一NMOS管M11的栅极、第二可变电容管M14的栅极、第四可变电容管M16的栅极、第六可变电容管M18的栅极共同连接到振荡器核心的反相输出端IN；第一可变电容管M13的源极和漏极、第二可变电容管M14的源极和漏极与输入调谐电压端VTUNE相连，第三可变电容管M15的源极和漏极、第四可变电容管M16的源极和漏极与输入开关电平控制端SW1相连；第五可变电容管M17的源极和漏极、第六可变电容管M18的源极和漏极与输入开关电平控制端SW2相连；差分传输线电感L1由第一共面波导（D1）、第二共面波导（D2）和金属连接线实现，第一共面波导（D1）由第一信号传输线（S1）和第一接地线（G1）组成，第二共面波导（D2）由第二信号传输线（S2）和第二接地线（G2）组成，第一信号传输线（S1）和第二信号传输线（S2）的一端分别与振荡器核心的正相输出端IP、振荡器核心的反相输出端IN相连，第一信号传输线（S1）和第二信号传输线（S2）的另一端用金属线（C_V）连接，短接的物理中心位置连接电源VDD；第一接地线（G1）和第二接地线（G2）的另一端用金属线（C_G），连接线的物理中心与GND相连；第二振荡器核心（VCO2）中，第三NMOS管M21的源极与第四NMOS管M22的源极共同连接到地线GND上，第三NMOS管M21的漏极、第四NMOS管M22的栅极、第七可变电容管M23的栅极、第九可变电容管M25的栅极、第十一可变电容管M27的栅极共同连接到振荡器核心的正相输出端QP，第四NMOS管M22的漏极、第三NMOS管M21的栅极、第八可变电容管M24的栅极、第十可变电容管M26的栅极、第十二可变电容管M28的栅极共同连接到振荡器核心的反相输出端QN；第七可变电容管M23的源极和漏极、第八可变电容管M24的源极和漏极与输入调谐电压端VTUNE相连，第九可变电容管M25的源极和漏极、第十可变电容管M26的源极和漏极与输入开关电平控制端SW1相连；第十一可变电容管M27的源极和漏极、第十二可变电容管M28的源极和漏极与输入开关电平控制端SW2相连；差分传输线电感L2与差分传输线电感L1的结构完全相同，两个信号线的一端分别与振荡器核心的正相输出端QP、振荡器核心的反相输出端QN相连，两个信号线的另一端用金属线连接，短接的物理中心位置连接电源VDD；两个接地线的另一端用金属线连接，连接线的中心与GND相连；耦合网络（CO1）中，第一耦合管Mc1的栅极和漏极、第二耦合管Mc2的源极与第二个振荡器核心的正相输出端QP相连，第二耦合管Mc2的栅极和漏极、第三耦合管Mc3的源极与第一个振荡器核心的反相输出端IN相连，第三耦合管Mc3的栅极和漏极、第四耦合管Mc4的源极与第二个振荡器核心的反相输出端QN相连，第四耦合管Mc4的栅极和漏极、第一耦合管Mc1的源极与第一个振荡器核心的正相输出端IP相连。