GPS校頻的壓控振蕩器設(shè)計

LC型VCO的特點是：由于LC諧振腔的Q值很高，因而這種類型的VCO的相位噪聲很低，因而常用于對頻率抖動要求非常低的頻率合成器中。并且這種結(jié)構(gòu)的工作頻率只與電感L和電容C有關(guān)，通過減小電感或電容并減小電路的寄生電容可以使得電路工作在很高的工作頻率下。

圖3是常見的負(fù)跨導(dǎo)LC型VCO結(jié)構(gòu)，從MOS管漏端反饋回來的信號通過另一個MOS管反饋到該MOS管的源端，假設(shè)MOS管的跨導(dǎo)為gm，則從圖3(a)虛線端向上看的阻抗是-2／gm，這是一個負(fù)阻，它是由兩個交叉MOS管正反饋所產(chǎn)生的。通常，如果要使得振蕩器振蕩，這個負(fù)阻應(yīng)小于或等于LC諧振腔的等效并聯(lián)內(nèi)阻，也就是說MOS管的跨導(dǎo)越大，負(fù)阻越小，電路越容易振蕩。在振蕩情況下，電路的振蕩頻率與L和C有關(guān)，即為，電容C是壓控電容，通過調(diào)節(jié)電壓Vcont可以調(diào)節(jié)電容的大小，從而改變電路的振蕩頻率。圖3(b)，(c)的結(jié)構(gòu)與圖3(a)相似，圖3(a)結(jié)構(gòu)對電源噪聲的抑制能力較強，圖3(b)結(jié)構(gòu)對地噪聲的抑制能力較強，圖3(c)兼有前兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，而且只需一個電感就能實現(xiàn)，這樣可以減小前兩種結(jié)構(gòu)電感不對稱造成的電路共模抑制能力降低的問題。相對于前面兩個電路，這個電路也有缺點，即該電路有2個電流源，因而電源噪聲較大。
圖4是一種差分結(jié)構(gòu)的LC型VCO，假定NMOS與PMOS具有相等的跨導(dǎo)gm，則這種結(jié)構(gòu)的負(fù)阻為～1／gm，比圖3結(jié)構(gòu)的負(fù)阻減小1／2，由于，如果要使得圖4和圖3兩種結(jié)構(gòu)具有相同的負(fù)阻，那么圖4結(jié)構(gòu)所需的電流只有圖3的1／4，因而圖4結(jié)構(gòu)更適于低功耗設(shè)計。
壓控電容可以由CMOS中的二極管的結(jié)電容來實現(xiàn)。由于結(jié)電容與二極管兩端的電壓有關(guān)，通過控制這個電壓就能控制結(jié)電容的大小。LC型VCO的頻率調(diào)節(jié)范圍與壓控電容有關(guān)，通常由于工藝限制，二極管的結(jié)電容變化在50％以內(nèi)，相應(yīng)的VCO的頻率調(diào)節(jié)范圍只有10％左右。因而采用這種結(jié)構(gòu)的環(huán)路的頻率調(diào)節(jié)范圍有限，需要采用其它的輔助方法才能擴大頻率的調(diào)節(jié)范圍。頻率鎖定范圍也會影響VCO的增益，鎖定范圍越大，VCO的增益越大，而VCO增益越高，振蕩器的輸入噪聲就越大，這是因為在控制電壓上有個較小的噪聲干擾就會引起較大的VCO頻率變化，因而VCO的調(diào)節(jié)范圍和相位噪聲間要折中確定。