CN115001400A - 一种高精度的八相位lc压控振荡器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高精度的八相位LC压控振荡器，包括第一压控振荡器单元、第二压控振荡器单元、第三压控振荡器单元、第四压控振荡器单元以及耦合网络电路，第一压控振荡器单元的输出信号V1+和V1‑、第二压控振荡器单元的输出信号V2+和V2‑、第三压控振荡器单元的输出信号V3+和V3‑、第四压控振荡器单元的输出信号V4+和V4‑通过耦合网络电路进行耦合，经整流后，输出信号V1+、V1‑、V2+、V2‑、V3+、V3‑、V4+和V4‑成为八相振荡信号。本发明采用同相注入，耦合网络电路向每个压控振荡器单元的谐振腔注入电流，与这个压控振荡器单元的输出电压是同相的，相比于反相耦合的多相振荡器，具有低相噪，低相差的优点，且同相注入下，频率偏移自然振荡频率的偏移量更小。

Description

一种高精度的八相位LC压控振荡器

技术领域

本发明属于射频集成电路技术领域，涉及一种高精度的八相位LC压控振荡器。

背景技术

正交信号或多相位信号对于无线收发机、亚速率时钟数据恢复电路、相控阵、直接变频发射机以及小数频率合成器等电路都是必要的。产生正交信号的方法有很多。第一个是使用相位滤波器来生成正交信号，然而，它的插入损耗很高，因此需要额外的缓冲器来补偿损失。其次，可以采用具有正交输出的分频器，但通常需要很高频率的输入信号，导致在输出频率很高时设计极为困难。最后一种选择是采用正交压控振荡器，它自身能提供高精度的正交输出信号。

实现多相位信号振荡器的电路拓扑和结构有很多，环形振荡器虽然本身具有多相位输出信号的优势，但其相位噪声性能较差，因此，在要求较高的通信系统中多用LC振荡器。传统的多相LC振荡器通过将多个LC振荡器反相耦合，互相拉拽并稳定在某一自然振荡频率附近处，产生多相信号；或者将LC振荡器的输出用模拟相位插值器合成，输出多相信号。

现有的多相位振荡器多采用反相耦合的方式，将四个LC振荡器反向耦合来产生八路振荡信号，但很多设计由于层叠了NMOS管和PMOS管，不适用于电源电压过低的情况，牺牲了电路的功耗和摆幅，且此电路采用反相耦合方式，振荡频率偏离谐振频率较大。另外，还有用电容作为耦合单元的八相位振荡器，其采用有源电感代替面积较大的无源电感，实现了较宽频率范围内的八相位振荡信号输出。但有源电感的品质因数较差，且受PVT影响较大，难以实现高精度和高可靠性，此外，采用电容作耦合网络，电路受频率变化的影响很大，进一步恶化了输出信号的相位精度。

因此，如何在保证电路低功耗、低相位噪声的同时在调谐范围内实现低相差，成为了亟待解决的问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种高精度的八相位LC压控振荡器。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明实施例提供了一种高精度的八相位LC压控振荡器，所述八相位LC压控振荡器包括第一压控振荡器单元、第二压控振荡器单元、第三压控振荡器单元、第四压控振荡器单元以及耦合网络电路，其中：

所述第一压控振荡器单元的输出信号V1+和输出信号V1-、所述第二压控振荡器单元的输出信号V2+和输出信号V2-、所述第三压控振荡器单元的输出信号V3+和输出信号V3-、所述第四压控振荡器单元的输出信号V4+和输出信号V4-通过所述耦合网络电路进行耦合，经过所述耦合网络电路的整流后，所述输出信号V1+、所述输出信号V1-、所述输出信号V2+、所述输出信号V2-、所述输出信号V3+、所述输出信号V3-、所述输出信号V4+和所述输出信号V4-成为八相振荡信号。

在本发明的一个实施例中，所述第一压控振荡器单元包括NMOS管M0、NMOS管M1、NMOS管M2、可变电容C1、可变电容C2、电感L1和电感L2，其中：

所述NMOS管M0的源极端接地，所述NMOS管M0的栅极端连接偏置电压端Vb，所述NMOS管M0的漏极端分别连接所述NMOS管M1的源极端和所述NMOS管M2的源极端；

所述NMOS管M1的栅极端连接所述NMOS管M2的漏极端并连接所述第一压控振荡器单元的用于输出信号V1-的第一输出信号端；

所述NMOS管M2的栅极端连接所述NMOS管M1的漏极端并连接所述第一压控振荡器单元的用于输出信号V1+的第二输出信号端；

所述可变电容C1的第一端和所述可变电容C2的第一端相连、并且所述可变电容C1的第一端和所述可变电容C2的第一端同时连接到控制信号端Vctrl，所述可变电容C1的第二端连接所述NMOS管M1的漏极端并连接所述第一压控振荡器单元的第二输出信号端，所述可变电容C2的第二端连接所述NMOS管M1的漏极端并连接所述第一压控振荡器单元的第一输出信号端；

所述电感L1的第一端和所述电感L2的第一端相连、并且所述电感L1的第一端和所述电感L2的第一端连接到电源端VDD，所述电感L1的第二端连接所述NMOS管M1的漏极端、所述可变电容C1的第二端和所述第一压控振荡器单元的第一输出信号端，所述电感L2的第二端连接所述NMOS管M2的漏极端、所述可变电容C2的第二端和所述第一压控振荡器单元的第二输出信号端。

在本发明的一个实施例中，所述第二压控振荡器单元包括NMOS管M3、NMOS管M4、NMOS管M5、可变电容C3、可变电容C4、电感L3和电感L4，其中：

所述NMOS管M3的源极端接地，所述NMOS管M3的栅极端连接偏置电压端Vb，所述NMOS管M3的漏极端分别连接所述NMOS管M4的源极端和所述NMOS管M5的源极端；

所述NMOS管M4的栅极端连接所述NMOS管M5的漏极端并连接所述第二压控振荡器单元的用于输出信号V2-的第一输出信号端；

所述NMOS管M5的栅极端连接所述NMOS管M4的漏极端并连接所述第二压控振荡器单元的用于输出信号V2+的第二输出信号端；

所述可变电容C3的第一端和所述可变电容C4的第一端相连、并且所述可变电容C3的第一端和所述可变电容C4的第一端同时连接到控制信号端Vctrl，所述可变电容C3的第二端连接所述NMOS管M4的漏极端并连接所述第二压控振荡器单元的第二输出信号端，所述可变电容C4的第二端连接所述NMOS管M4的漏极端并连接所述第二压控振荡器单元的第一输出信号端；

所述电感L3的第一端和所述电感L4的第一端相连、并且所述电感L3的第一端和所述电感L4的第一端连接到电源端VDD，所述电感L3的第二端连接所述NMOS管M4的漏极端、所述可变电容C3的第二端和所述第二压控振荡器单元的第一输出信号端，所述电感L4的第二端连接所述NMOS管M5的漏极端、所述可变电容C4的第二端和所述第二压控振荡器单元的第二输出信号端。

在本发明的一个实施例中，所述第三压控振荡器单元包括NMOS管M6、NMOS管M7、NMOS管M8、可变电容C5、可变电容C6、电感L5和电感L6，其中：

所述NMOS管M6的源极端接地，所述NMOS管M6的栅极端连接偏置电压端Vb，所述NMOS管M6的漏极端分别连接所述NMOS管M7的源极端和所述NMOS管M8的源极端；

所述NMOS管M7的栅极端连接所述NMOS管M8的漏极端并连接所述第三压控振荡器单元的用于输出信号V3-的第一输出信号端；

所述NMOS管M8的栅极端连接所述NMOS管M7的漏极端并连接所述第三压控振荡器单元的用于输出信号V3+的第二输出信号端；

所述可变电容C5的第一端和所述可变电容C6的第一端相连、并且所述可变电容C5的第一端和所述可变电容C6的第一端同时连接到控制信号端Vctrl，所述可变电容C5的第二端连接所述NMOS管M7的漏极端并连接所述第三压控振荡器单元的第二输出信号端，所述可变电容C6的第二端连接所述NMOS管M7的漏极端并连接所述第三压控振荡器单元的第一输出信号端；

所述电感L5的第一端和所述电感L6的第一端相连、并且所述电感L5的第一端和所述电感L6的第一端连接到电源端VDD，所述电感L5的第二端连接所述NMOS管M7的漏极端、所述可变电容C5的第二端和所述第三压控振荡器单元的第一输出信号端，所述电感L6的第二端连接所述NMOS管M8的漏极端、所述可变电容C6的第二端和所述第三压控振荡器单元的第二输出信号端。

在本发明的一个实施例中，所述第四压控振荡器单元包括NMOS管M9、NMOS管M10、NMOS管M11、可变电容C7、可变电容C8、电感L7和电感L8，其中：

所述NMOS管M9的源极端接地，所述NMOS管M9的栅极端连接偏置电压端Vb，所述NMOS管M9的漏极端分别连接所述NMOS管M10的源极端和所述NMOS管M11的源极端；

所述NMOS管M10的栅极端连接所述NMOS管M11的漏极端并连接所述第四压控振荡器单元的用于输出信号V4-的第一输出信号端；

所述NMOS管M11的栅极端连接所述NMOS管M10的漏极端并连接所述第四压控振荡器单元的用于输出信号V4+的第二输出信号端；

所述可变电容C7的第一端和所述可变电容C8的第一端相连、并且所述可变电容C7的第一端和所述可变电容C8的第一端同时连接到控制信号端Vctrl，所述可变电容C7的第二端连接所述NMOS管M10的漏极端并连接所述第四压控振荡器单元的第二输出信号端，所述可变电容C8的第二端连接所述NMOS管M10的漏极端并连接所述第四压控振荡器单元的第一输出信号端；

所述电感L7的第一端和所述电感L8的第一端相连、并且所述电感L7的第一端和所述电感L8的第一端连接到电源端VDD，所述电感L7的第二端连接所述NMOS管M10的漏极端、所述可变电容C7的第二端和所述第四压控振荡器单元的第一输出信号端，所述电感L8的第二端连接所述NMOS管M11的漏极端、所述可变电容C8的第二端和所述第四压控振荡器单元的第二输出信号端。

在本发明的一个实施例中，所述耦合网络电路包括NMOS管M12、NMOS管M13、NMOS管M14、NMOS管M15、NMOS管M16、NMOS管M17、NMOS管M18和NMOS管M19，其中：

所述NMOS管M12的源极端连接所述NMOS管M13的漏极端和所述NMOS管M13的栅极端、并连接所述第二压控振荡器单元的用于输出信号V2+的第二输出信号端；

所述NMOS管M13的源极端连接所述NMOS管M14的漏极端和所述NMOS管M14的栅极端、并连接所述第三压控振荡器单元的用于输出信号V3+的第二输出信号端；

所述NMOS管M14的源极端连接所述NMOS管M15的漏极端和所述NMOS管M15的栅极端、并连接所述第四压控振荡器单元的用于输出信号V4+的第二输出信号端；

所述NMOS管M15的源极端连接所述NMOS管M16的漏极端和所述NMOS管M16的栅极端、并连接所述第一压控振荡器单元的用于输出信号V1-的第一输出信号端；

所述NMOS管M16的源极端连接所述NMOS管M17的漏极端和所述NMOS管M17的栅极端、并连接所述第二压控振荡器单元的用于输出信号V2-的第一输出信号端；

所述NMOS管M17的源极端连接所述NMOS管M18的漏极端和所述NMOS管M18的栅极端、并连接所述第三压控振荡器单元的用于输出信号V3-的第一输出信号端；

所述NMOS管M18的源极端连接所述NMOS管M19的漏极端和所述NMOS管M19的栅极端、并连接所述第四压控振荡器单元的用于输出信号V4-的第一输出信号端；

所述NMOS管M19的源极端连接所述NMOS管M12的漏极端和所述NMOS管M12的栅极端、并连接所述第一压控振荡器单元的用于输出信号V1+的第二输出信号端。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

第一，本发明采用同相注入的方式，耦合网络电路向每个压控振荡器单元的谐振腔注入的电流，与这个压控振荡器单元的输出电压是同相的，相比于反相耦合的多相振荡器，具有低相噪，低相差的优点，且同相注入下，频率偏移自然振荡频率的偏移量更小。

第二，本发明仅采用NMOS管作为尾电流源和负阻对，增大了输出电压摆幅的同时，还具有低压低功耗的特点。

第三，本发明采用环形、对称的耦合网络电路，在温度、电压、工艺偏差下具有更高的电路稳定性。

第四，本发明的耦合网络电路全部由MOS管组成，不包含电感、电容等与频率相关的器件，因此在频率调谐范围内能实现更高的相位精度。

通过以下参考附图的详细说明，本发明的其它方面和特征变得明显。但是应当知道，该附图仅仅为解释的目的设计，而不是作为本发明的范围的限定，这是因为其应当参考附加的权利要求。还应当知道，除非另外指出，不必要依比例绘制附图，它们仅仅力图概念地说明此处描述的结构和流程。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种高精度的八相位LC压控振荡器的电路结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种时域仿真图；

图3为本发明实施例提供的一种频域仿真图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例一

请参见图1，图1为本发明实施例提供的一种高精度的八相位LC压控振荡器的电路结构示意图，本发明提供一种高精度的八相位LC压控振荡器，该八相位LC压控振荡器包括第一压控振荡器单元、第二压控振荡器单元、第三压控振荡器单元、第四压控振荡器单元以及耦合网络电路，其中：

第一压控振荡器单元的输出信号V1+和输出信号V1-、第二压控振荡器单元的输出信号V2+和输出信号V2-、第三压控振荡器单元的输出信号V3+和输出信号V3-、第四压控振荡器单元的输出信号V4+和输出信号V4-通过耦合网络电路进行耦合，经过耦合网络电路的整流后，输出信号V1+、输出信号V1-、输出信号V2+、输出信号V2-、输出信号V3+、输出信号V3-、输出信号V4+和输出信号V4-稳定后将成为八相振荡信号。

在一个具体实施例中，第一压控振荡器单元包括NMOS管M0、NMOS管M1、NMOS管M2、可变电容C1、可变电容C2、电感L1和电感L2，其中：

NMOS管M0的源极端接地，NMOS管M0的栅极端连接偏置电压端Vb，NMOS管M0的漏极端分别连接NMOS管M1的源极端和NMOS管M2的源极端；

NMOS管M1的栅极端连接NMOS管M2的漏极端并连接第一压控振荡器单元的用于输出信号V1-的第一输出信号端；

NMOS管M2的栅极端连接NMOS管M1的漏极端并连接第一压控振荡器单元的用于输出信号V1+的第二输出信号端；

可变电容C1的第一端和可变电容C2的第一端相连、并且可变电容C1的第一端和可变电容C2的第一端同时连接到控制信号端Vctrl，可变电容C1的第二端连接NMOS管M1的漏极端并连接第一压控振荡器单元的第二输出信号端，可变电容C2的第二端连接NMOS管M1的漏极端并连接第一压控振荡器单元的第一输出信号端；

电感L1的第一端和电感L2的第一端相连、并且电感L1的第一端和电感L2的第一端连接到电源端VDD，电感L1的第二端连接NMOS管M1的漏极端、可变电容C1的第二端和第一压控振荡器单元的第一输出信号端，电感L2的第二端连接NMOS管M2的漏极端、可变电容C2的第二端和第一压控振荡器单元的第二输出信号端。

在一个具体实施例中，第二压控振荡器单元包括NMOS管M3、NMOS管M4、NMOS管M5、可变电容C3、可变电容C4、电感L3和电感L4，其中：

NMOS管M3的源极端接地，NMOS管M3的栅极端连接偏置电压端Vb，NMOS管M3的漏极端分别连接NMOS管M4的源极端和NMOS管M5的源极端；

NMOS管M4的栅极端连接NMOS管M5的漏极端并连接第二压控振荡器单元的用于输出信号V2-的第一输出信号端；

NMOS管M5的栅极端连接NMOS管M4的漏极端并连接第二压控振荡器单元的用于输出信号V2+的第二输出信号端；

可变电容C3的第一端和可变电容C4的第一端相连、并且可变电容C3的第一端和可变电容C4的第一端同时连接到控制信号端Vctrl，可变电容C3的第二端连接NMOS管M4的漏极端并连接第二压控振荡器单元的第二输出信号端，可变电容C4的第二端连接NMOS管M4的漏极端并连接第二压控振荡器单元的第一输出信号端；

电感L3的第一端和电感L4的第一端相连、并且电感L3的第一端和电感L4的第一端连接到电源端VDD，电感L3的第二端连接NMOS管M4的漏极端、可变电容C3的第二端和第二压控振荡器单元的第一输出信号端，电感L4的第二端连接NMOS管M5的漏极端、可变电容C4的第二端和第二压控振荡器单元的第二输出信号端。

在一个具体实施例中，第三压控振荡器单元包括NMOS管M6、NMOS管M7、NMOS管M8、可变电容C5、可变电容C6、电感L5和电感L6，其中：

NMOS管M6的源极端接地，NMOS管M6的栅极端连接偏置电压端Vb，NMOS管M6的漏极端分别连接NMOS管M7的源极端和NMOS管M8的源极端；

NMOS管M7的栅极端连接NMOS管M8的漏极端并连接第三压控振荡器单元的用于输出信号V3-的第一输出信号端；

NMOS管M8的栅极端连接NMOS管M7的漏极端并连接第三压控振荡器单元的用于输出信号V3+的第二输出信号端；

可变电容C5的第一端和可变电容C6的第一端相连、并且可变电容C5的第一端和可变电容C6的第一端同时连接到控制信号端Vctrl，可变电容C5的第二端连接NMOS管M7的漏极端并连接第三压控振荡器单元的第二输出信号端，可变电容C6的第二端连接NMOS管M7的漏极端并连接第三压控振荡器单元的第一输出信号端；

电感L5的第一端和电感L6的第一端相连、并且电感L5的第一端和电感L6的第一端连接到电源端VDD，电感L5的第二端连接NMOS管M7的漏极端、可变电容C5的第二端和第三压控振荡器单元的第一输出信号端，电感L6的第二端连接NMOS管M8的漏极端、可变电容C6的第二端和第三压控振荡器单元的第二输出信号端。

在一个具体实施例中，第四压控振荡器单元包括NMOS管M9、NMOS管M10、NMOS管M11、可变电容C7、可变电容C8、电感L7和电感L8，其中：

NMOS管M9的源极端接地，NMOS管M9的栅极端连接偏置电压端Vb，NMOS管M9的漏极端分别连接NMOS管M10的源极端和NMOS管M11的源极端；

NMOS管M10的栅极端连接NMOS管M11的漏极端并连接第四压控振荡器单元的用于输出信号V4-的第一输出信号端；

NMOS管M11的栅极端连接NMOS管M10的漏极端并连接第四压控振荡器单元的用于输出信号V4+的第二输出信号端；

可变电容C7的第一端和可变电容C8的第一端相连、并且可变电容C7的第一端和可变电容C8的第一端同时连接到控制信号端Vctrl，可变电容C7的第二端连接NMOS管M10的漏极端并连接第四压控振荡器单元的第二输出信号端，可变电容C8的第二端连接NMOS管M10的漏极端并连接第四压控振荡器单元的第一输出信号端；

电感L7的第一端和电感L8的第一端相连、并且电感L7的第一端和电感L8的第一端连接到电源端VDD，电感L7的第二端连接NMOS管M10的漏极端、可变电容C7的第二端和第四压控振荡器单元的第一输出信号端，电感L8的第二端连接NMOS管M11的漏极端、可变电容C8的第二端和第四压控振荡器单元的第二输出信号端。

在一个具体实施例中，耦合网络电路包括NMOS管M12、NMOS管M13、NMOS管M14、NMOS管M15、NMOS管M16、NMOS管M17、NMOS管M18和NMOS管M19，其中：

NMOS管M12的源极端连接NMOS管M13的漏极端和NMOS管M13的栅极端、并连接第二压控振荡器单元的用于输出信号V2+的第二输出信号端；

NMOS管M13的源极端连接NMOS管M14的漏极端和NMOS管M14的栅极端、并连接第三压控振荡器单元的用于输出信号V3+的第二输出信号端；

NMOS管M14的源极端连接NMOS管M15的漏极端和NMOS管M15的栅极端、并连接第四压控振荡器单元的用于输出信号V4+的第二输出信号端；

NMOS管M15的源极端连接NMOS管M16的漏极端和NMOS管M16的栅极端、并连接第一压控振荡器单元的用于输出信号V1-的第一输出信号端；

NMOS管M16的源极端连接NMOS管M17的漏极端和NMOS管M17的栅极端、并连接第二压控振荡器单元的用于输出信号V2-的第一输出信号端；

NMOS管M17的源极端连接NMOS管M18的漏极端和NMOS管M18的栅极端、并连接第三压控振荡器单元的用于输出信号V3-的第一输出信号端；

NMOS管M18的源极端连接NMOS管M19的漏极端和NMOS管M19的栅极端、并连接第四压控振荡器单元的用于输出信号V4-的第一输出信号端；

NMOS管M19的源极端连接NMOS管M12的漏极端和NMOS管M12的栅极端、并连接第一压控振荡器单元的用于输出信号V1+的第二输出信号端。

在本实施例中，八相位LC压控振荡器由四个LC压控振荡器单元(即第一压控振荡器单元、第二压控振荡器单元、第三压控振荡器单元、第四压控振荡器单元)和一个耦合网络电路组成，用于产生八路振荡信号V1+、V1-、V2+、V2-、V3+、V3-、V4+、V4-，耦合网络电路中相邻两信号的相位差为45°。第一压控振荡器单元用于产生差分振荡信号V1+和V1-，其包括NMOS管M0、NMOS管M1、NMOS管M2，可变电容C1、可变电容C2、电感L1和电感L2；NMOS管M0起到偏置电流源的作用并可以通过栅极端的电压控制电流大小，其源极端连接到地，其栅极端连接到偏置电压端Vb，其漏极端连接到NMOS管M1和NMOS管M2的源极端，MNOS管M1和NMOS管M2通过交叉耦合方式连接，形成了负阻对以补充谐振腔消耗的能量，其中NMOS管M1的漏极端连接到NMOS管M2的栅极端、可变电容C1的第二端、电感L1的第二端以及第一压控振荡器单元的用于输出信号V1+的第二输出信号端，NMOS管M2的漏极端连接到NMOS管M1的栅极端、可变电容C2的第二端、第二电感L2的第二端和第一压控振荡器单元的用于输出信号V1-的第一输出信号端，NMOS管M0、NMOS管M1、NMOS管M2均工作在饱和区，可变电容C1的第一端与可变电容C2的第一端相连并连接到控制信号端Vctrl(即控制电压端)，通过调节控制信号端Vctrl的控制电压可以改变可变电容的大小，进而改变LC谐振回路的谐振频率，电感L1的第一端与电感L2的第一端相连并连接到电源端VDD，通过选取合适的电感值并用高品质因数的电感，能够提高电路的噪声性能并优化面积。需要说明的是，第二压控振荡器单元、第三压控振荡器单元、第四压控振荡器单元的原理与第一压控振荡器单元相同，在此不再赘述。

在本实施例中，耦合网络电路包括八个NMOS管，即NMOS管M12～NMOS管M19，耦合网络电路的作用是将四个压控振荡器单元的输出电压转化为电流，并注入到其他压控振荡器单元的谐振腔中，最终产生相邻相位差为45°的八路振荡信号，由于MOS管的电流转化能力对频率不敏感，所以在整个频率调谐范围内，八路信号具有很高的精度。该耦合网络电路由二极管方式连接的MOS管首尾相接形成环状

本实例的工作原理如下：

在电路启动后，四个压控振荡器单元产生四组差分信号，每个振荡信号通过MOS管转化为电流，再分别注入到对应的压控振荡器单元的谐振腔中，互相影响压控振荡器单元的相位和频率，最终电路将在自然振荡频率附近稳定，且这四个压控振荡器单元将输出高精度的八相位振荡信号。

设V1+＝Vcos(ωt)，V2+＝Vcos(ωt-π/4)，V4-＝Vcos(ωt+π/4)，其中V为振荡信号幅度，ω为振荡信号频率。则流过NMOS管M12的电流为：

Id₁₂＝g_m(Vcos(ωt)-Vcos(ωt-π/4))

其中，gm为晶体管跨导，同理，流过NMOS管M19的电流为：

Id₁₉＝g_m(Vcos(ωt+π/4)-Vcos(ωt))

NMOS管M12和NMOS管M19通过节点V1+向第一压控振荡器单元注入的电流为：

负阻对NMOS管M1向第一压控振荡器单元注入的电流为：

Id₁＝g_m1Vcos(ωt)

因此，耦合网络电路和负阻对向谐振腔注入的电流是同相的，称为同相注入耦合。这种耦合方式不会引入额外的相位角，因此对谐振频率的改变较小，同时增加了稳定度，减小了相位误差。

下面结合仿真实验对本发明的效果作进一步的描述

1.仿真实验条件：

本发明仿真实验元件采用SMIC 40nmRFCMOS工艺，在Redhat系统下，基于CadenceIC617仿真实验平台搭建本发明仿真电路。

本发明仿真采用Spectre RF仿真工具对本发明电路进行仿真，给定电源电压VDD为1.1V，工作温度为27℃，偏置电压Vb为0.65V，控制电压Vctrl为0V。

2.仿真内容及结果分析：

仿真1，在上述工作条件下，采用Spectre RF仿真工具，在每个压控振荡器单元的两输出端分别添加对应的输出端口，对本发明进行瞬态仿真，结果如图2所示，其中横坐标表示时间，单位为ns，纵坐标表示振荡信号的大小，单位为V。从图2可以看出，本发明共有八路输出信号，相邻两信号的相位差为45°。

仿真2，在上述工作条件下，采用Spectre RF仿真工具，在每个压控振荡器单元的两输出端分别添加对应的输出端口，设置控制电压Vctrl从0变化到电源电压VDD，步长为0.1V，对本发明进行PSS仿真，结果如图3，其中横坐标为输出信号的频率，单位为Ghz，纵坐标为输出信号的相位，单位为°。由图3可以看出，本发明共有八路输出信号，每路输出信号在频率调谐范围内的相位变化小于1°，相邻两路输出信号的相位误差小于0.035°。

上述的理论分析和仿真结果表明，本发明提出的八相位LC压控振荡器，在保证低功耗，低电压的同时，具有低相位噪声、低相差的优点。

第一，本发明采用同相注入的方式，耦合网络电路向每个压控振荡器单元的谐振腔注入的电流，与这个压控振荡器单元的输出电压是同相的，相比于反相耦合的多相振荡器，具有低相噪，低相差的优点，且同相注入下，频率偏移自然振荡频率的偏移量更小。

第二，本发明仅采用NMOS管作为尾电流源和负阻对，增大了输出电压摆幅的同时，还具有低压低功耗的特点。

第三，本发明采用环形、对称的耦合网络电路，在温度、电压、工艺偏差下具有更高的电路稳定性。

第四，本发明的耦合网络电路全部由MOS管组成，不包含电感、电容等与频率相关的器件，因此在频率调谐范围内能实现更高的相位精度。

在发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征数据点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特征数据点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种高精度的八相位LC压控振荡器，其特征在于，所述八相位LC压控振荡器包括第一压控振荡器单元、第二压控振荡器单元、第三压控振荡器单元、第四压控振荡器单元以及耦合网络电路，其中：

所述第一压控振荡器单元的输出信号V1+和输出信号V1-、所述第二压控振荡器单元的输出信号V2+和输出信号V2-、所述第三压控振荡器单元的输出信号V3+和输出信号V3-、所述第四压控振荡器单元的输出信号V4+和输出信号V4-通过所述耦合网络电路进行耦合，经过所述耦合网络电路的整流后，所述输出信号V1+、所述输出信号V1-、所述输出信号V2+、所述输出信号V2-、所述输出信号V3+、所述输出信号V3-、所述输出信号V4+和所述输出信号V4-成为八相振荡信号。

2.根据权利要求1所述的高精度的八相位LC压控振荡器，其特征在于，所述第一压控振荡器单元包括NMOS管M0、NMOS管M1、NMOS管M2、可变电容C1、可变电容C2、电感L1和电感L2，其中：

所述NMOS管M0的源极端接地，所述NMOS管M0的栅极端连接偏置电压端Vb，所述NMOS管M0的漏极端分别连接所述NMOS管M1的源极端和所述NMOS管M2的源极端；

所述NMOS管M1的栅极端连接所述NMOS管M2的漏极端并连接所述第一压控振荡器单元的用于输出信号V1-的第一输出信号端；

所述NMOS管M2的栅极端连接所述NMOS管M1的漏极端并连接所述第一压控振荡器单元的用于输出信号V1+的第二输出信号端；

所述可变电容C1的第一端和所述可变电容C2的第一端相连、并且所述可变电容C1的第一端和所述可变电容C2的第一端同时连接到控制信号端Vctrl，所述可变电容C1的第二端连接所述NMOS管M1的漏极端并连接所述第一压控振荡器单元的第二输出信号端，所述可变电容C2的第二端连接所述NMOS管M1的漏极端并连接所述第一压控振荡器单元的第一输出信号端；

所述电感L1的第一端和所述电感L2的第一端相连、并且所述电感L1的第一端和所述电感L2的第一端连接到电源端VDD，所述电感L1的第二端连接所述NMOS管M1的漏极端、所述可变电容C1的第二端和所述第一压控振荡器单元的第一输出信号端，所述电感L2的第二端连接所述NMOS管M2的漏极端、所述可变电容C2的第二端和所述第一压控振荡器单元的第二输出信号端。

3.根据权利要求1所述的高精度的八相位LC压控振荡器，其特征在于，所述第二压控振荡器单元包括NMOS管M3、NMOS管M4、NMOS管M5、可变电容C3、可变电容C4、电感L3和电感L4，其中：

所述NMOS管M3的源极端接地，所述NMOS管M3的栅极端连接偏置电压端Vb，所述NMOS管M3的漏极端分别连接所述NMOS管M4的源极端和所述NMOS管M5的源极端；

所述NMOS管M4的栅极端连接所述NMOS管M5的漏极端并连接所述第二压控振荡器单元的用于输出信号V2-的第一输出信号端；

所述NMOS管M5的栅极端连接所述NMOS管M4的漏极端并连接所述第二压控振荡器单元的用于输出信号V2+的第二输出信号端；

所述可变电容C3的第一端和所述可变电容C4的第一端相连、并且所述可变电容C3的第一端和所述可变电容C4的第一端同时连接到控制信号端Vctrl，所述可变电容C3的第二端连接所述NMOS管M4的漏极端并连接所述第二压控振荡器单元的第二输出信号端，所述可变电容C4的第二端连接所述NMOS管M4的漏极端并连接所述第二压控振荡器单元的第一输出信号端；

所述电感L3的第一端和所述电感L4的第一端相连、并且所述电感L3的第一端和所述电感L4的第一端连接到电源端VDD，所述电感L3的第二端连接所述NMOS管M4的漏极端、所述可变电容C3的第二端和所述第二压控振荡器单元的第一输出信号端，所述电感L4的第二端连接所述NMOS管M5的漏极端、所述可变电容C4的第二端和所述第二压控振荡器单元的第二输出信号端。

4.根据权利要求1所述的高精度的八相位LC压控振荡器，其特征在于，所述第三压控振荡器单元包括NMOS管M6、NMOS管M7、NMOS管M8、可变电容C5、可变电容C6、电感L5和电感L6，其中：

所述NMOS管M6的源极端接地，所述NMOS管M6的栅极端连接偏置电压端Vb，所述NMOS管M6的漏极端分别连接所述NMOS管M7的源极端和所述NMOS管M8的源极端；

所述NMOS管M7的栅极端连接所述NMOS管M8的漏极端并连接所述第三压控振荡器单元的用于输出信号V3-的第一输出信号端；

所述NMOS管M8的栅极端连接所述NMOS管M7的漏极端并连接所述第三压控振荡器单元的用于输出信号V3+的第二输出信号端；

所述可变电容C5的第一端和所述可变电容C6的第一端相连、并且所述可变电容C5的第一端和所述可变电容C6的第一端同时连接到控制信号端Vctrl，所述可变电容C5的第二端连接所述NMOS管M7的漏极端并连接所述第三压控振荡器单元的第二输出信号端，所述可变电容C6的第二端连接所述NMOS管M7的漏极端并连接所述第三压控振荡器单元的第一输出信号端；

所述电感L5的第一端和所述电感L6的第一端相连、并且所述电感L5的第一端和所述电感L6的第一端连接到电源端VDD，所述电感L5的第二端连接所述NMOS管M7的漏极端、所述可变电容C5的第二端和所述第三压控振荡器单元的第一输出信号端，所述电感L6的第二端连接所述NMOS管M8的漏极端、所述可变电容C6的第二端和所述第三压控振荡器单元的第二输出信号端。

5.根据权利要求1所述的高精度的八相位LC压控振荡器，其特征在于，所述第四压控振荡器单元包括NMOS管M9、NMOS管M10、NMOS管M11、可变电容C7、可变电容C8、电感L7和电感L8，其中：

所述NMOS管M9的源极端接地，所述NMOS管M9的栅极端连接偏置电压端Vb，所述NMOS管M9的漏极端分别连接所述NMOS管M10的源极端和所述NMOS管M11的源极端；

所述NMOS管M10的栅极端连接所述NMOS管M11的漏极端并连接所述第四压控振荡器单元的用于输出信号V4-的第一输出信号端；

所述NMOS管M11的栅极端连接所述NMOS管M10的漏极端并连接所述第四压控振荡器单元的用于输出信号V4+的第二输出信号端；

所述可变电容C7的第一端和所述可变电容C8的第一端相连、并且所述可变电容C7的第一端和所述可变电容C8的第一端同时连接到控制信号端Vctrl，所述可变电容C7的第二端连接所述NMOS管M10的漏极端并连接所述第四压控振荡器单元的第二输出信号端，所述可变电容C8的第二端连接所述NMOS管M10的漏极端并连接所述第四压控振荡器单元的第一输出信号端；

所述电感L7的第一端和所述电感L8的第一端相连、并且所述电感L7的第一端和所述电感L8的第一端连接到电源端VDD，所述电感L7的第二端连接所述NMOS管M10的漏极端、所述可变电容C7的第二端和所述第四压控振荡器单元的第一输出信号端，所述电感L8的第二端连接所述NMOS管M11的漏极端、所述可变电容C8的第二端和所述第四压控振荡器单元的第二输出信号端。

6.根据权利要求1所述的高精度的八相位LC压控振荡器，其特征在于，所述耦合网络电路包括NMOS管M12、NMOS管M13、NMOS管M14、NMOS管M15、NMOS管M16、NMOS管M17、NMOS管M18和NMOS管M19，其中：

所述NMOS管M12的源极端连接所述NMOS管M13的漏极端和所述NMOS管M13的栅极端、并连接所述第二压控振荡器单元的用于输出信号V2+的第二输出信号端；

所述NMOS管M13的源极端连接所述NMOS管M14的漏极端和所述NMOS管M14的栅极端、并连接所述第三压控振荡器单元的用于输出信号V3+的第二输出信号端；

所述NMOS管M14的源极端连接所述NMOS管M15的漏极端和所述NMOS管M15的栅极端、并连接所述第四压控振荡器单元的用于输出信号V4+的第二输出信号端；

所述NMOS管M15的源极端连接所述NMOS管M16的漏极端和所述NMOS管M16的栅极端、并连接所述第一压控振荡器单元的用于输出信号V1-的第一输出信号端；

所述NMOS管M16的源极端连接所述NMOS管M17的漏极端和所述NMOS管M17的栅极端、并连接所述第二压控振荡器单元的用于输出信号V2-的第一输出信号端；

所述NMOS管M17的源极端连接所述NMOS管M18的漏极端和所述NMOS管M18的栅极端、并连接所述第三压控振荡器单元的用于输出信号V3-的第一输出信号端；

所述NMOS管M18的源极端连接所述NMOS管M19的漏极端和所述NMOS管M19的栅极端、并连接所述第四压控振荡器单元的用于输出信号V4-的第一输出信号端；

所述NMOS管M19的源极端连接所述NMOS管M12的漏极端和所述NMOS管M12的栅极端、并连接所述第一压控振荡器单元的用于输出信号V1+的第二输出信号端。

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