一种调谐曲线补偿VCO方法及其模块.pdf

摘要
申请专利号：	CN200910100581.5	申请日：	2009.07.08
公开号：	CN101944880A	公开日：	2011.01.12
当前法律状态：	授权	有效性：	有权
法律详情：	授权\|\|\|实质审查的生效IPC(主分类):H03B 7/00申请日:20090708\|\|\|公开
IPC分类号：	H03B7/00; H03H11/02	主分类号：	H03B7/00
申请人：	杭州中科微电子有限公司
发明人：	肖时茂; 马成炎; 叶甜春
地址：	310053 浙江省杭州市滨江区江南大道3850号创新大厦10楼
优先权：
专利代理机构：	杭州杭诚专利事务所有限公司 33109	代理人：	王鑫康
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内容摘要

本发明提出调谐曲线补偿VCO的方法，采用负阻放大器和电感器与可变电容器的两端为并联连接结构，可变电容器结构为五端的AMOS电容网络，一端为AMOS电容网络的调谐曲线补偿控制端，通过调整控制端的直流电压，改变AMOS电容网络的等效电容，得到一条接近线性化的VCO输出频率-VCO控制电压的变化曲线，实现VCO调谐曲线的补偿，提高了VCO的稳定性，并使VCO电路模工作在较高Q值区。还提出了用上述方法构成的差分电路结构VCO电路模块，AMOS电容网络由四个AMOS变容管及一RC低通滤波器组成，四个AMOS变容管为两两成对串联并对称配置，配置方式有栅极串联和衬底串联两种。VCO模块采用电压控制AMOS变容管改变振荡器频率，通过改变调谐曲线补偿控制端直流电压实现对调谐曲线补偿，使频率调谐曲线接近线性化，从而实现较大的频率调谐范围。

权利要求书

1：一种调谐曲线补偿 VCO 方法，包括以下步骤： (1) 确定调谐曲线补偿 VCO 结构：为负阻放大器和电感器与具有调谐曲线补偿作用的 AMOS 电容网络的两端并联连接结构； (2)AMOS 电容网络结构：为五端网络结构，其中两端为接入直流偏置电压端，另两端为 VCO 信号输出端并为加相等直流偏置电压端，还有一端为 AMOS 电容网络的控制端即调谐曲线补偿控制端； (3) 改变 AMOS 电容网络的等效电容：通过调整加在调谐曲线补偿控制端的直流控制电压，调整 AMOS 电容网络中 AMOS 电容的比值，实现 AMOS 电容网络等效电容的改变； (4)VCO 输出频率 -VCO 控制电压的变化曲线：在设定一个调谐曲线补偿控制端的直流电压后，将 VCO 的控制电压从零向电源电压变化，在 VCO 信号输出端得到一条 VCO 输出频率 -VCO 控制电压的变化曲线； (5)VCO 调谐曲线的补偿： VCO 的输出频率由电感和 AMOS 电容网络的等效电容共同决定，通过调整 AMOS 电容网络的等效电容随 VCO 控制电压变化的曲线使 VCO 输出频率 -VCO 控制电压变化的曲线接近线性化，实现 VCO 调谐曲线的补偿，提高了 VCO 的稳定性，并使 VCO 电路的可变电容器工作在较高 Q 值区。
2：根据权利要求 1 所述调谐曲线补偿 VCO 方法构成的 VCO 电路模块，其特征在于，它包括负阻放大器、电感器以及可变电容器；所述的负阻放大器由交叉耦合的 MOS 管或 BJT 管构成，其等效电阻为负阻 -Gm，通过负阻放大器产生负阻值抵消 LC 谐振回路的等效电阻值，维持 VCO 振荡；所述的可变电容器为 AMOS 电容网络构成的可变电容器； AMOS 电容网络由多个 AMOS 变容管及一个滤波器组成，构成实现调谐曲线补偿的 AMOS 电容网络；所述的电感器为采用片上螺旋电感，电感量为 L ；所述 VCO 电路模块为差分电路结构，负阻放大器和电感器与可变电容器的 AMOS 电容网络构成的等效电容在电学上相并联的两端差分输出，差分输出的信号幅度相等，相位相反。
3：根据权利要求 2 所述的 VCO 电路模块，其特征在于，所述的负阻放大器为由交叉耦合的 MOS 对管或 BJT 对管构成，其构成的结构型式包括： (1) 交叉耦合 NMOS 对管和交叉耦合 PMOS 对管互补型负阻放大器，适用于低功耗应用场合； (2) 交叉耦合 NMOS 对管型负阻放大器，适用于高频率应用场合； (3) 交叉耦合 PMOS 对管互补型负阻放大器，适用于低噪声应用场合； (4) 交叉耦合 BJT 对管互补型负阻放大器，适用于高频率和低噪声应用场合。
4：根据权利要求 2 所述的 VCO 电路模块，其特征在于，所述 AMOS 变容管为一种电容受电压控制的可变电容管；该 AMOS 变容管采用放置在 N 阱中的 NMOS 管制作工艺，其一个端口为栅极，另一个端口为衬底。
5：根据权利要求 2 或 3 或 4 所述的 VCO 电路模块，其特征在于，所述 AMOS 电容网络由包含四个 AMOS 变容管，两个偏置电阻以及一个由电阻和电容串联的低通 RC 滤波器组成；四个 AMOS 变容管同端串联连接，其两端分别连接电压相等的直流偏置电压，中心的同端串接端连接 RC 滤波器的串接端，对称的另两个同端串接端都连接一端接控制电压的偏置电阻的另一端。 2
6：根据权利要求 5 所述的 VCO 电路模块，其特征在于，所述 AMOS 电容网络为调谐曲线补偿的五端网络，其两个直流偏置电压连接端口 VB1 和 VB2、另两个直流偏置电压连接端口 VB 和 Gnd、以及一个控制电压连接端口 Vctrl，端口 VB1 和 VB2 又为 AMOS 电容网络与 VCO 电路模块的并接端；通过调整连接端口 Vctrl 的电压 Vc0 经偏置电阻形成的控制电压 Vc 来改变 AMOS 电容网络的等效电容，同时通过调整加在两个直流偏置电压连接端口 VB1 和 VB2 的直流偏置电压 Vb1 和 Vb2，以及另两个直流偏置电压端口 VB 形成的直流偏置电压 Vb 来调整调谐曲线补偿效果，从而实现 VCO 电路模块通过调谐曲线补偿的频率改变，并使 VCO 电路模块工作在较高 Q 值区。
7：根据权利要求 5 所述的 VCO 电路模块，其特征在于，所述 AMOS 电容网络的四个 AMOS 变容管采用电学上的串联连接； VCO 电路模块 AMOS 电容网络的四个变容管为两两成对并对称配置，两对变容管加上相同的直流偏置电压 Vb，两对变容管加上相同的控制电压 Vc，两对变容管的输出端就构成差分输出端 VB1 和 VB2 并加上相等的直流偏置电压 Vb1 和 Vb2，每对变容管为反向串接对称配置，每对变容管的公共端经限流电阻连接控制电压端 Vctrl，直流偏置电压的两端 VB 和 Gnd 之间串接一个 RC 滤波器， RC 滤波器滤除高频噪声，使调谐曲线补偿 VCO 具有较好的相位噪声性能。
8：根据权利要求 6 所述的 VCO 电路模块，其特征在于，所述 AMOS 电容网络的四个 AMOS 变容管采用电学上的串联连接； VCO 电路模块 AMOS 电容网络的四个变容管为两两成对并对称配置，两对变容管加上相同的直流偏置电压 Vb，两对变容管加上相同的控制电压 Vc，两对变容管的输出端就构成差分输出端 VB1 和 VB2 并加上相等的直流偏置电压 Vb1 和 Vb2，每对直流变容管为反向串接对称配置，每对变容管的公共端经限流电阻连接控制电压端 Vctrl，偏置电压的两端 VB 和 Gnd 之间串接一个 RC 滤波器， RC 滤波器滤除高频噪声，使调谐曲线补偿 VCO 具有较好的相位噪声性能。
9：根据权利要求 1 所述的一种调谐曲线补偿 VCO 方法，其特征在于，所述四个 AMOS 变容管分成两对，利用每对串联的两个 AMOS 变容管上加的偏置电压不同，两者偏置电压的差值决定了两个 AMOS 变容管的电容随其上所加控制电压变化的曲线相差的差值，每对 AMOS 变容管上的等效电容随控制电压变化的曲线是取决于该两个 AMOS 变容管随控制电压变化的电容值的串联值，两对 AMOS 变容管上总的等效电容取决于每对 AMOS 变容管上的等效电容的串联值，通过调整偏置电压和控制电压，在整个控制电压变化区间，使四个 AMOS 变容管得到使 VCO 具有线性化频率特性的总的等效电容。
10：根据权利要求 2 或 3 或 4 或 6 或 7 或 8 所述的 VCO 电路模块，其特征在于，所述 AMOS 电容网络的四个 AMOS 变容管的两对 AMOS 变容管串联的方式有两种：一种为两对 AMOS 变容管的 Cvar2 的栅极连接在一起，每对 AMOS 变容管的 Cvar1 和 Cvar2 的衬底的端口连接在一起；另一种为两对 AMOS 变容管的 Cvar2 的衬底的端口连接在一起，每对 AMOS 变容管的 Cvar1 和 Cvar2 的栅极连接在一起。

说明书

一种调谐曲线补偿 VCO 方法及其模块
    【技术领域】
     本发明涉及无线通信电子电路技术领域，涉及压控振荡器 VCO，尤其涉及一种调谐曲线补偿 VCO 方法及其模块。背景技术
     在移动式手持无线收发终端中，压控振荡器 VCO 是其中最为关键的一个模块之一， VCO 的相位噪声性能直接影响到收发器的接收灵敏度和阻塞性能。随着无线通信技术的发展，通信系统中的单一芯片都要求能兼容多种不同频段和模式。因此，作为多频段和多模式的收发器，要求其压控振荡器 VCO 能覆盖一定的频率范围，于是宽带 VCO 的研发成为无线通信电子电路的一个重要课题。
     已有技术宽带 VCO 的报道较多。在 CMOS 工艺中，随着晶体管尺寸的不断缩小，电源电压越来越低，单个可变电容的电容变化比率 Cmax/Cmin 越来越小，基于单个可变电容的 VCO 电路难以覆盖较大的频率范围。常用的宽带 VCO 主要有： LC 谐振回路切换型 VCO，电感切换型 VCO，以及固定电容切换型 VCO 三种结构。LC 谐振回路切换型 VCO 结构是采用两个不同频段的 LC 谐振回路并通过相应的切换开关实现不同频段的切换，一个 LC 谐振回路工作时，另一个 LC 谐振回路关断。由于两个 LC 谐振回路是独立设计，因此其工作频率覆盖范围较宽，同时，每一个 LC 回路可作低功耗优化设计。但是该型 VCO 结构需要两个 VCO，占用芯片的面积大是其严重的缺陷。电感切换型 VCO 结构主要是利用 MOS 开关管短路 LC 谐振回路的一部分电感，从而实现 LC 谐振回路频率的切换，在＜ 5GHz 的低 GHz 频段，片上电感 Q 值一般较低，而加入 MOS 开关管后会导致等效电感的 Q 值更低，因此，低 GHz 频段场合不能采用电感切换型 VCO。固定电容切换型 VCO 结构一般采用 MOS 开关控制切换 MIM 电容来实现谐振回路等效电容的改变，固定电容的大小常采用二进制数比例关系。尽管该结构 VCO 可以实现较大频率范围调谐，但是其存在重大缺陷：一是 VCO 的增益 KVCO 在整个调谐范围内变化很大，在高频段时 KVCO 较大，而低频段时 KVCO 很小，会严重影响整个频率合成器的稳定性；其二是当固定电容较多， MOS 开关会使谐振回路等效电容的 Q 值下降，特别是低频段，这样不仅会导致 VCO 相位噪声性能变差，而且功耗也很大。
     传统 AMOS 电容与 PN 结电容相比，具有较大的电容变化比 Cmax/Cmin，较大的 Q 值，并且不存在正偏导通现象，但是单个 AMOS 电容的 C-V 曲线较陡，栅衬电压 V(Gate， Bulk) 只能在很小范围内变化，并且在该区间电容的 Q 值为最小值，因此传统 AMOS 电容要实现宽的调谐范围，就要求 VCO 的增益值 KVCO 较大，然而，控制电压变化区间较小， KVCO 太大会导致较差的相位噪声性能，所以传统 AMOS 电容宽频段调谐难以实现。发明内容
     本发明的目的是克服已有技术三种宽带 VCO 结构的缺陷，公开一种调谐曲线补偿的方法及采用调谐曲线补偿方法的压控振荡器 VCO 模块。调谐曲线补偿方法的原理是利用两个 AMOS 可变电容串联连接，其中两个 AMOS 连接在一起端口可以同为栅极也可以同为衬底，并且与控制电压相连接，而另外两极加上不同的偏置电压，这样其中的每一个 AMOS 电容随控制电压变化的电容 - 电压曲线变化特性相当于平移了两极偏置电压，这样，两个 AMOS 电容总的串联电容在整个控制电压变化区间得到补偿，因此总的等效电容 - 电压变化曲线在整个控制电压变化区间都平滑变化。同时，通过改变偏置电压的差值，可以使每个 AMOS 电容工作在 Q 值较大的区间，得到较大的等效 Q 值，使 VCO 宽频段调谐容易实现，并具有较好的相位噪声性能。
     基于以上调谐曲线补偿原理，采用差分电路方式实现具有调谐曲线补偿功能的压控振荡器电路。通过两组上述 AMOS 可变电容串联作为谐振回路的压控电容，同时，谐振回路电感采用片上电感，利用交叉耦合负阻放大器产生负阻值抵消 LC 谐振回路的等效电阻，利用负阻放大器本身的非线性特性产生稳定的频率输出。
     本发明目的是通过以下的技术方案来实现。
     一种调谐曲线补偿 VCO 方法，包括以下步骤：
     (1) 确定调谐曲线补偿 VCO 结构：为负阻放大器和电感器与具有调谐曲线补偿作用的 AMOS 电容网络的两端并联连接结构；
     (2)AMOS 电容网络结构：为五端网络结构，其中两端为接入直流偏置电压端，另两端为 VCO 信号输出端并为加相等直流偏置电压端，还有一端为 AMOS 电容网络的控制端即调谐曲线补偿控制端；
     (3) 改变 AMOS 电容网络的等效电容：通过调整加在调谐曲线补偿控制端的直流控制电压，调整 AMOS 电容网络中 AMOS 电容的比值，实现 AMOS 电容网络等效电容的改变；
     (4)VCO 输出频率 -VCO 控制电压的变化曲线：在设定一个调谐曲线补偿控制端的直流电压后，将 VCO 的控制电压从零向电源电压变化，在 VCO 信号输出端得到一条 VCO 输出频率 -VCO 控制电压的变化曲线；
     (5)VCO 调谐曲线的补偿： VCO 的输出频率由电感和 AMOS 电容网络的等效电容共同决定，通过调整 AMOS 电容网络的等效电容随 VCO 控制电压变化的曲线使 VCO 输出频率 -VCO 控制电压变化的曲线接近线性化，实现 VCO 调谐曲线的补偿，提高了 VCO 的稳定性，并使 VCO 电路模块工作在较高 Q 值区。
     所述调谐曲线补偿 VCO 方法构成的 VCO 电路模块，其在于它包括负阻放大器、电感器以及可变电容器；
     所述的负阻放大器由交叉耦合的 MOS 管或 BJT 管构成，其等效电阻为负阻 -Gm，通过负阻放大器产生负阻值抵消 LC 谐振回路的等效电阻值，维持 VCO 振荡；
     所述的可变电容器为 AMOS 电容网络构成的可变电容器； AMOS 电容网络由多个 AMOS 变容管及一个低通滤波器组成，构成实现调谐曲线补偿的 AMOS 电容网络；
     所述的电感器为采用片上螺旋电感，电感量为 L ；
     所述 VCO 电路模块为差分电路结构，负阻放大器和电感器与可变电容器的 AMOS 电容网络构成的等效电容在电学上相并联的两端差分输出，差分输出的信号幅度相等，相位相反。
     VCO 电路模块的输出频率由电感器和 AMOS 电容网络构成的可变电容器确定，通过改变 AMOS 电容网络的调谐曲线补偿控制端的直流电压，来调整 VCO 电路的输出频率。
     所述的 VCO 电路模块，其在于所述的负阻放大器为由交叉耦合的 MOS 对管或 BJT对管构成，其构成的结构型式包括：
     (1) 交叉耦合 NMOS 对管和交叉耦合 PMOS 对管互补型负阻放大器，适用于低功耗应用场合；
     (2) 交叉耦合 NMOS 对管型负阻放大器，适用于高频率应用场合；
     (3) 交叉耦合 PMOS 对管互补型负阻放大器，适用于低噪声应用场合；
     (4) 交叉耦合 BJT 对管互补型负阻放大器，适用于高频率和低噪声应用场合。
     所述的 VCO 电路模块，其在于所述 AMOS 变容管为一种电容受电压控制的可变电容管；该 AMOS 变容管采用放置在 N 阱中的 NMOS 管制作工艺，其一个端口为栅极，另一个端口为衬底。一对 AMOS 变容管中，一个 AMOS 变容管 Cvar1 的电容随加在栅极和衬底的控制电压 Vc 和 VB1( 或 VB2) 而改变，另一个 AMOS 变容管 Cvar2 的电容随加在栅极和衬底的控制电压 Vc 和直流偏置电压 Vb 的变化而改变。
     所述的 VCO 电路模块，其在于所述 AMOS 电容网络由包含四个 AMOS 变容管，两个偏置电阻以及一个由电阻和电容串联的低通 RC 滤波器组成；四个 AMOS 变容管同端串联连接，其两端分别连接电压相等的直流偏置电压，中心的同端串接端连接 RC 滤波器的串接端，对称的另两个同端串接端都连接一端接控制电压的偏置电阻的另一端。所述的 VCO 电路模块，其在于所述 AMOS 电容网络为调谐曲线补偿的五端网络，其两个直流偏置电压连接端口 VB1 和 MB2、另两个直流偏置电压连接端口 VB 和 Gnd、以及一个控制电压连接端口 Vctrl，端口 VB1 和 VB2 又为 AMOS 电容网络与 VCO 电路模块的并接端；通过调整连接端口 Vctrl 的电压 Vc0 经偏置电阻形成的控制电压 Vc 来改变 AMOS 电容网络的等效电容，同时通过调整加在两个直流偏置电压连接端口 VB1 和 VB2 的直流偏置电压 Vb1 和 Vb2，以及另两个直流偏置电压端口 VB 形成的直流偏置电压 Vb 来调整调谐曲线补偿效果，从而实现 VCO 电路模块通过调谐曲线补偿的频率改变，并使 VCO 电路模块工作在较高 Q 值区。
     所述的 VCO 电路模块，其在于所述 AMOS 电容网络的四个 AMOS 变容管采用电学上的串联连接； VCO 电路模块 AMOS 电容网络的四个变容管为两两成对并对称配置，两对变容管加上相同的直流偏置电压 Vb，两对变容管加上相同的控制电压 Vc，两对变容管的输出端就构成差分输出端 VB1 和 VB2 并加上相等的直流偏置电压 Vb1 和 Vb2，每对变容管为反向串接对称配置，每对变容管的公共端经限流电阻连接控制电压端 Vctrl，直流偏置电压的两端 VB 和 Gnd 之间串接一个 RC 滤波器， RC 滤波器滤除高频噪声，使调谐曲线补偿 VCO 具有较好的相位噪声性能。
     所述的一种调谐曲线补偿 VCO 方法，其在于所述四个 AMOS 变容管分成两对，利用每对串联的两个 AMOS 变容管上加的偏置电压不同，两者偏置电压的差值决定了两个 AMOS 变容管的电容随其上所加控制电压变化的曲线相差的差值，每对 AMOS 变容管上的等效电容随控制电压变化的曲线是取决于该两个 AMOS 变容管随控制电压变化的电容值的串联值，两对 AMOS 变容管上总的等效电容取决于每对 AMOS 变容管上的等效电容的串联值，通过调整偏置电压和控制电压，在整个控制电压变化区间，使四个 AMOS 变容管得到使 VCO 具有线性化频率特性的总的等效电容。
     所述的 VCO 电路模块，其特征在于，所述 AMOS 电容网络的四个 AMOS 变容管的两对 AMOS 变容管串联的方式有两种：一种为两对 AMOS 变容管的 Cvar2 的栅极连接在一起，每对 AMOS 变容管的 Cvar1 和 Cvar2 的衬底的端口连接在一起；另一种为两对 AMOS 变容管的 Cvar2 的
     衬底的端口连接在一起，每对 AMOS 变容管的 Cvar1 和 Cvar2 的栅极连接在一起。
     所述 AMOS 电容网络的四个 AMOS 变容管的两对 AMOS 变容管串联的方式有两种：一种为两对 AMOS 变容管的 Cvar2 的栅极连接在一起，连接端经滤波电阻 RB 连接直流偏置电压端 VB，连接端还经滤波电容 Cb 连接 Gnd 端，两对 AMOS 变容管的 Cvar2 的两个栅极加上直流偏置电压 Vb，每对 AMOS 变容管的两个衬底的端口连接在一起，分别经限流电阻连接控制电压端 Vctrl，在每对 AMOS 变容管的两个衬底的端口加上控制电压 Vc ；另一种为两对 AMOS 变容管的 Cvar2 的衬底的端口连接在一起，连接端经滤波电阻 RB 连接直流偏置电压端 VB，连接端还经滤波电容 Cb 连接 Gnd 端，两对 AMOS 变容管的 Cvar2 的两个衬底的端口加上直流偏置电压 Vb，每对 AMOS 变容管的两个栅极连接在一起，分别经限流电阻连接控制电压端 Vctrl，在每对 AMOS 变容管的两个栅极加上控制电压 Vc。
     发明的实质性效果是：
     (1) 通过对调谐曲线补偿，使频率 - 控制电压曲线接近线性化，通过频率调谐曲线的线性化控制，不仅实现 VCO 较大的调谐范围，而且提高了频率合成器的稳定性。
     (2) 通过改变偏置电压，可以调节调谐曲线的效果，具有较好的灵活性，使 VCO 宽频段调谐容易实现。 (3) 采用调谐曲线补偿方法的 VCO 可以采用全 CMOS 实现，可以简化 VCO 宽频段调谐的实现工艺。
     (4) 采用调谐曲线补偿方法的 VCO 可以使 AMOS 可变电容工作在较高 Q 值的区域，从而提高谐振环路总的 Q 值，使调谐曲线补偿 VCO 具有较好的相位噪声性能。
     (5) 采用调谐曲线补偿方法的 VCO 模块可以应用于各种宽带高性能接收发器芯片中。
     附图说明
     图 1a 是采用调谐曲线补偿方法的 VCO 的一种结构原理图。图 1a 中 11- 负阻放大器、 12- 电感器 L、 13- 可变电容器 Ceq， VB1 和 VB2- 可变电容器 Ceq 两个接入端以及 VCO 两个输出端。
     图 1b 是图 1a 中可变电容 Ceq 的一种 AMOS 电容网络电原理图。图 1b 中 131- 偏置电阻 R1、 132- 偏置电阻 R2、 133 和 136-AMOS 变容管 Cvar1、 134 和 135-AMOS 变容管 Cvar2、 137- 滤波电容 Cb、 138- 滤波电阻 RB， Vb 和 Gnd- 两直流偏置电压接入端、 Vctrl- 控制电压接入端、 VB1 和 VB2-VCO 两个输出端以及两直流偏置电压 Vb1 和 Vb2 接入端。
     图 2a 是采用调谐曲线补偿方法的 VCO 的另一种结构原理图。
     图 2b 是图 2a 中可变电容器 Ceq 的另一种 AMOS 电容网络电原理图。
     图 3a 是示出第 1 实施例中调谐曲线补偿 VCO 结构原理框图。图 3a 中 31- 电感器 L、 32- 可变电容器 Ceq、 33 和 34-、 35 和 36-、 37-， VB1 和 VB2- 可变电容器 Ceq 两个接入端以及 VCO 两个输出端， VB- 控制电压接入端；负阻放大器。
     图 3b 是示出第 1 实施例中可变电容器 Ceq 的 AMOS 电容网络电原理图。
     图 4a 是示出第 2 实施例中调谐曲线补偿 VCO 结构原理框图。
     图 4b 是示出第 2 实施例中可变电容器 Ceq 的 AMOS 电容网络电原理图。
     图 5a 是示出第 3 实施例中调谐曲线补偿 VCO 结构原理框图。图 5b 是示出第 3 实施例中可变电容器 Ceq 的 AMOS 电容网络电原理图。具体实施方式
     下面对本发明的实施例并结合附图，对本发明技术方案作详细的说明。
     图 1a 示出的是采用曲线补偿方法的 VCO 的一种结构形式。电感 12 与等效电容 13 组成 LC 谐振回路，负阻放大器 11 用来抵消 LC 谐振回路的等效电阻，当电路稳定振荡时， LC 谐振回路的等效电阻等于正阻 Gm。等效电容 13 为具有调谐曲线补偿功能的电压控制可变电容。图 1a 中等效电容 13 由图 1b 中虚线框内四个 AMOS 变容管 133、 134、 135、 136 组成。其中 133 和 136 的 AMOS 变容管具有相同的电容值， 134 和 135AMOS 变容管具有相同的电容值， 133 和 134AMOS 变容管的衬底端连接在一起，通过 R1 电阻 131 接控制电压端 Vctrl， 135 和 136AMOS 变容管的衬底端连接在一起，通过 R2 电阻 132 连接控制电压端 Vctrl， 134 和 135AMOS 变容管的栅极连接在一起。133 和 136AMOS 变容管的栅极分别连接输出端 VB1 和 VB2，两端加上相等的直流偏置电压 Vb1 和 Vb2，但两端口的交流信号通路分别与电感 12 两端相连接。另一直流偏置电压 VB 通过 RB 滤波电阻 138 和 Cb 滤波电容 137 组成的低通滤波器的串接端与 134 和 135AMOS 变容管的栅极相连。一对 AMOS 变容管两偏置电压的差值为 (Vb1-Vb) 或 (Vb2-Vb)。由于单个 AMOS 的电容值与栅极与衬底的电压成正比，因此等效电容 13 的电容值与控制电压 Vc 成反比的关系，即控制端 Vctrl 控制电压增大使 Vc 增大时，等效电容 103 的电容值变小。根据谐振回路的谐振频率 f 公式得到：
     由公式可知，谐振回路的谐振频率 f 与控制电压 Vc 成正比，采用该调谐曲线补偿方法的 VCO 具有正的频率 - 控制电压特性。
     图 2a 示出的是采用曲线补偿方法的 VCO 另一种形式。电感 22 与可变的容器 23 组成 LC 谐振回路，负阻放大器 21 用来抵消 LC 谐振回路的等效电阻，当电路稳定振荡时， LC 谐振回路的等效电阻等于负阻 -Gm。可变的容器 23 为具有调谐曲线补偿功能的电压控制可变电容，其等效电容由图 2b 虚线框内的四个 AMOS 变容管 233、 234、 235、 236 组成。其中 233 和 236 的 AMOS 变容管 Cvar1 具有相同的电容值， 234 和 235 的 AMOS 变容管 Cvar2 具有相同的电容值， 233 和 234 两 AMOS 变容管的栅极端连接在一起，通过电阻 231 接控制电压端口 Vctrl，同时， 235 和 236 两 AMOS 变容管的栅极连接在一起，通过电阻 232 连接控制电压端口 Vctrl， 234 和 235 的衬底直接连接在一起。233 和 236 两 AMOS 变容管的衬底分别接相等的直流偏置电压 VB1 和 VB2，但两端口的交流信号通路分别与电感 22 两端相连接。另一直流偏置电压 VB2 通过电阻 238 和电容 237 组成的低通滤波器与 234 和 235 两 AMOS 变容管的衬底相连。两偏置电压的差值为 VB1-VB。由于单个 AMOS 的电容值与栅极与衬底的电压成正比，因此等效电容 23 具有与控制电压 Vctrl 成正比的关系，即 Vctrl 增大时，可变的容器 23 的电容值变大。因此，谐振回路的频率与控制电压成反比，采用该调谐曲线补偿方法的 VCO 具有负的频率 - 控制电压特性。
     第 1 实施例
     图 3a 为第 1 实施例中调谐曲线补偿 VCO 原理框图。该 VCO 结构为带尾电流源的
     NMOS 和 PMOS 互补型 VCO，尾电流源 37 的栅极上加偏置电压 VB。PMOS 管 35 与 36 构成交叉耦合负阻放大器，而 NMOS 管 33 与 34 交叉耦合构成另一个负阻放大器，两者构成带尾电流源的 NMOS 和 PMOS 互补型负阻放大器。可变电容器 32 与片上电感 31 以及带尾电流源的 NMOS 和 PMOS 互补型负阻放大器为电学上并联连接，图 3b 为图 3a 第 1 实施例调谐曲线补偿 VCO 原理框图中可变电容器 32 的调谐曲线补偿的 AMOS 电容网络电原理图。可变电容器 32 所示的等效电容，采用的调谐曲线补偿方法为图 1b 所示的正频率特性补偿方法，图 3b 中 331 ～ 338 与图 1a 中 131 ～ 138 相同。显而易见，图 3a 所示的 VCO 具有正的频率 - 控制电压特性。为了提高电路的对称性 PMOS 交叉耦合管与 NMOS 交叉耦合管产生相同的负阻值，因此，在同样尾电流条件下，该结构的 VCO 模块能够产生两倍的负阻值。该结构的 VCO 模块适用于低功耗应用场合。
     第 2 实施例
     图 4a 为第 2 实施例中调谐曲线补偿 VCO 原理框图， PMOS 管 43 为栅极上加偏置电压 VB 的尾电流源。PMOS 管 44 和 45 构成交叉耦合负阻放大器。该 VCO 结构为带尾电流的 PMOS 负阻放大器型 VCO，带中心抽头的片上对称型电感 41 和带尾电流源的 PMOS 负阻放大器，与可变电容器 42 为电学上并联连接。可变电容器 42 为采用调谐曲线补偿的电容网络组成，其具体原理图如图 4b 虚线框中所示，该等效电容采用的调谐曲线补偿方法为图 1 所示的正频率特性补偿方法，图 4b 中 431 ～ 438 分别与图 1 中 131 ～ 138 相同。同理，该 VCO 具有正的频率 - 控制电压特性。PMOS 管 44 与 45 交叉耦合构成负阻放大器。由于 PMOS 管比 NMOS 管的噪声要小得多，因此， AMOS 管对 VCO 的相位噪声贡献也较少。该结构的 VCO 模块适用于低噪声应用场合。
     第 3 实施例
     图 5a 为第 3 实施例中调谐曲线补偿 VCO 原理框图。该 VCO 结构为带尾电流的 NMOS 负阻放大器型 VCO。NMOS 管 55 为栅极上加偏置电压 VB 的尾电流源，尾电流源的漏极连接片上对称型电感 51 的中心抽头。NMOS 管 53 和 54 构成交叉耦合负阻放大器。带中心抽头的片上对称型电感 51 和 NMOS 交叉耦合负阻放大器，与可变电容器 52 为电学上并联连接，并联连接端口为 VB1 和 VB2。可变电容器 52 为采用调谐曲线补偿的电容网络组成。等效电容 52 的具体原理图如虚线框中所示，该等效电容采用的调谐曲线补偿方法为图 1 所示的正频率特性补偿方法，图 5b 中 531 ～ 538 分别与图 1 中 131 ～ 138 相同。同理，该 VCO 具有正的频率 - 控制电压特性。NMOS 管 53 与 54 交叉耦合构成负阻放大器。由于 NMOS 具有较高的截止频率， NMOS 可以工作在较高的频率。因此该结构的 VCO 模块适用于高频率应用场合。
     实施例 1 ～ 3 的可变电容器 32、 42 和 52，都可以采用图 2b 所示的可变电容器 Ceq 的另一种 AMOS 电容网络的形式。该形式两对 AMOS 变容管的 Cvar2 的衬底的端口连接在一起，每对 AMOS 变容管的 Cvar1 和 Cvar2 的栅极连接在一起的形式。
     以上所述方法和电路模块，仅对实施例作具体描述，它不是限定性解释，对于本技术领域熟练技术人员运用本发明方法对调谐曲线补偿 VCO 电路模块实例所作的修饰、变化，皆属本发明主张的权利范围，而不限于上述的实例。

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1、10申请公布号CN101944880A43申请公布日20110112CN101944880ACN101944880A21申请号200910100581522申请日20090708H03B7/00200601H03H11/0220060171申请人杭州中科微电子有限公司地址310053浙江省杭州市滨江区江南大道3850号创新大厦10楼72发明人肖时茂马成炎叶甜春74专利代理机构杭州杭诚专利事务所有限公司33109代理人王鑫康54发明名称一种调谐曲线补偿VCO方法及其模块57摘要本发明提出调谐曲线补偿VCO的方法，采用负阻放大器和电感器与可变电容器的两端为并联连接结构，可变电容器结构为五端的AMO。

2、S电容网络，一端为AMOS电容网络的调谐曲线补偿控制端，通过调整控制端的直流电压，改变AMOS电容网络的等效电容，得到一条接近线性化的VCO输出频率VCO控制电压的变化曲线，实现VCO调谐曲线的补偿，提高了VCO的稳定性，并使VCO电路模工作在较高Q值区。还提出了用上述方法构成的差分电路结构VCO电路模块，AMOS电容网络由四个AMOS变容管及一RC低通滤波器组成，四个AMOS变容管为两两成对串联并对称配置，配置方式有栅极串联和衬底串联两种。VCO模块采用电压控制AMOS变容管改变振荡器频率，通过改变调谐曲线补偿控制端直流电压实现对调谐曲线补偿，使频率调谐曲线接近线性化，从而实现较大的频率调谐。

3、范围。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书6页附图3页CN101944887A1/2页21一种调谐曲线补偿VCO方法，包括以下步骤1确定调谐曲线补偿VCO结构为负阻放大器和电感器与具有调谐曲线补偿作用的AMOS电容网络的两端并联连接结构；2AMOS电容网络结构为五端网络结构，其中两端为接入直流偏置电压端，另两端为VCO信号输出端并为加相等直流偏置电压端，还有一端为AMOS电容网络的控制端即调谐曲线补偿控制端；3改变AMOS电容网络的等效电容通过调整加在调谐曲线补偿控制端的直流控制电压，调整AMOS电容网络中AMOS电容的比值，实现AMOS电容网络等。

4、效电容的改变；4VCO输出频率VCO控制电压的变化曲线在设定一个调谐曲线补偿控制端的直流电压后，将VCO的控制电压从零向电源电压变化，在VCO信号输出端得到一条VCO输出频率VCO控制电压的变化曲线；5VCO调谐曲线的补偿VCO的输出频率由电感和AMOS电容网络的等效电容共同决定，通过调整AMOS电容网络的等效电容随VCO控制电压变化的曲线使VCO输出频率VCO控制电压变化的曲线接近线性化，实现VCO调谐曲线的补偿，提高了VCO的稳定性，并使VCO电路的可变电容器工作在较高Q值区。2根据权利要求1所述调谐曲线补偿VCO方法构成的VCO电路模块，其特征在于，它包括负阻放大器、电感器以及可变电容器。

5、；所述的负阻放大器由交叉耦合的MOS管或BJT管构成，其等效电阻为负阻GM，通过负阻放大器产生负阻值抵消LC谐振回路的等效电阻值，维持VCO振荡；所述的可变电容器为AMOS电容网络构成的可变电容器；AMOS电容网络由多个AMOS变容管及一个滤波器组成，构成实现调谐曲线补偿的AMOS电容网络；所述的电感器为采用片上螺旋电感，电感量为L；所述VCO电路模块为差分电路结构，负阻放大器和电感器与可变电容器的AMOS电容网络构成的等效电容在电学上相并联的两端差分输出，差分输出的信号幅度相等，相位相反。3根据权利要求2所述的VCO电路模块，其特征在于，所述的负阻放大器为由交叉耦合的MOS对管或BJT对管构。

6、成，其构成的结构型式包括1交叉耦合NMOS对管和交叉耦合PMOS对管互补型负阻放大器，适用于低功耗应用场合；2交叉耦合NMOS对管型负阻放大器，适用于高频率应用场合；3交叉耦合PMOS对管互补型负阻放大器，适用于低噪声应用场合；4交叉耦合BJT对管互补型负阻放大器，适用于高频率和低噪声应用场合。4根据权利要求2所述的VCO电路模块，其特征在于，所述AMOS变容管为一种电容受电压控制的可变电容管；该AMOS变容管采用放置在N阱中的NMOS管制作工艺，其一个端口为栅极，另一个端口为衬底。5根据权利要求2或3或4所述的VCO电路模块，其特征在于，所述AMOS电容网络由包含四个AMOS变容管，两个偏置。

7、电阻以及一个由电阻和电容串联的低通RC滤波器组成；四个AMOS变容管同端串联连接，其两端分别连接电压相等的直流偏置电压，中心的同端串接端连接RC滤波器的串接端，对称的另两个同端串接端都连接一端接控制电压的偏置电阻的另一端。权利要求书CN101944880ACN101944887A2/2页36根据权利要求5所述的VCO电路模块，其特征在于，所述AMOS电容网络为调谐曲线补偿的五端网络，其两个直流偏置电压连接端口VB1和VB2、另两个直流偏置电压连接端口VB和GND、以及一个控制电压连接端口VCTRL，端口VB1和VB2又为AMOS电容网络与VCO电路模块的并接端；通过调整连接端口VCTRL的电压。

8、VC0经偏置电阻形成的控制电压VC来改变AMOS电容网络的等效电容，同时通过调整加在两个直流偏置电压连接端口VB1和VB2的直流偏置电压VB1和VB2，以及另两个直流偏置电压端口VB形成的直流偏置电压VB来调整调谐曲线补偿效果，从而实现VCO电路模块通过调谐曲线补偿的频率改变，并使VCO电路模块工作在较高Q值区。7根据权利要求5所述的VCO电路模块，其特征在于，所述AMOS电容网络的四个AMOS变容管采用电学上的串联连接；VCO电路模块AMOS电容网络的四个变容管为两两成对并对称配置，两对变容管加上相同的直流偏置电压VB，两对变容管加上相同的控制电压VC，两对变容管的输出端就构成差分输出端VB。

9、1和VB2并加上相等的直流偏置电压VB1和VB2，每对变容管为反向串接对称配置，每对变容管的公共端经限流电阻连接控制电压端VCTRL，直流偏置电压的两端VB和GND之间串接一个RC滤波器，RC滤波器滤除高频噪声，使调谐曲线补偿VCO具有较好的相位噪声性能。8根据权利要求6所述的VCO电路模块，其特征在于，所述AMOS电容网络的四个AMOS变容管采用电学上的串联连接；VCO电路模块AMOS电容网络的四个变容管为两两成对并对称配置，两对变容管加上相同的直流偏置电压VB，两对变容管加上相同的控制电压VC，两对变容管的输出端就构成差分输出端VB1和VB2并加上相等的直流偏置电压VB1和VB2，每对变容。

10、管为反向串接对称配置，每对变容管的公共端经限流电阻连接控制电压端VCTRL，直流偏置电压的两端VB和GND之间串接一个RC滤波器，RC滤波器滤除高频噪声，使调谐曲线补偿VCO具有较好的相位噪声性能。9根据权利要求1所述的一种调谐曲线补偿VCO方法，其特征在于，所述四个AMOS变容管分成两对，利用每对串联的两个AMOS变容管上加的偏置电压不同，两者偏置电压的差值决定了两个AMOS变容管的电容随其上所加控制电压变化的曲线相差的差值，每对AMOS变容管上的等效电容随控制电压变化的曲线是取决于该两个AMOS变容管随控制电压变化的电容值的串联值，两对AMOS变容管上总的等效电容取决于每对AMOS变容管上。

11、的等效电容的串联值，通过调整偏置电压和控制电压，在整个控制电压变化区间，使四个AMOS变容管得到使VCO具有线性化频率特性的总的等效电容。10根据权利要求2或3或4或6或7或8所述的VCO电路模块，其特征在于，所述AMOS电容网络的四个AMOS变容管的两对AMOS变容管串联的方式有两种一种为两对AMOS变容管的CVAR2的栅极连接在一起，每对AMOS变容管的CVAR1和CVAR2的衬底的端口连接在一起；另一种为两对AMOS变容管的CVAR2的衬底的端口连接在一起，每对AMOS变容管的CVAR1和CVAR2的栅极连接在一起。权利要求书CN101944880ACN101944887A1/6页4一种。

12、调谐曲线补偿VCO方法及其模块技术领域0001本发明涉及无线通信电子电路技术领域，涉及压控振荡器VCO，尤其涉及一种调谐曲线补偿VCO方法及其模块。背景技术0002在移动式手持无线收发终端中，压控振荡器VCO是其中最为关键的一个模块之一，VCO的相位噪声性能直接影响到收发器的接收灵敏度和阻塞性能。随着无线通信技术的发展，通信系统中的单一芯片都要求能兼容多种不同频段和模式。因此，作为多频段和多模式的收发器，要求其压控振荡器VCO能覆盖一定的频率范围，于是宽带VCO的研发成为无线通信电子电路的一个重要课题。0003已有技术宽带VCO的报道较多。在CMOS工艺中，随着晶体管尺寸的不断缩小，电源电压越。

13、来越低，单个可变电容的电容变化比率CMAX/CMIN越来越小，基于单个可变电容的VCO电路难以覆盖较大的频率范围。常用的宽带VCO主要有LC谐振回路切换型VCO，电感切换型VCO，以及固定电容切换型VCO三种结构。LC谐振回路切换型VCO结构是采用两个不同频段的LC谐振回路并通过相应的切换开关实现不同频段的切换，一个LC谐振回路工作时，另一个LC谐振回路关断。由于两个LC谐振回路是独立设计，因此其工作频率覆盖范围较宽，同时，每一个LC回路可作低功耗优化设计。但是该型VCO结构需要两个VCO，占用芯片的面积大是其严重的缺陷。电感切换型VCO结构主要是利用MOS开关管短路LC谐振回路的一部分电感，。

14、从而实现LC谐振回路频率的切换，在5GHZ的低GHZ频段，片上电感Q值一般较低，而加入MOS开关管后会导致等效电感的Q值更低，因此，低GHZ频段场合不能采用电感切换型VCO。固定电容切换型VCO结构一般采用MOS开关控制切换MIM电容来实现谐振回路等效电容的改变，固定电容的大小常采用二进制数比例关系。尽管该结构VCO可以实现较大频率范围调谐，但是其存在重大缺陷一是VCO的增益KVCO在整个调谐范围内变化很大，在高频段时KVCO较大，而低频段时KVCO很小，会严重影响整个频率合成器的稳定性；其二是当固定电容较多，MOS开关会使谐振回路等效电容的Q值下降，特别是低频段，这样不仅会导致VCO相位噪声。

15、性能变差，而且功耗也很大。0004传统AMOS电容与PN结电容相比，具有较大的电容变化比CMAX/CMIN，较大的Q值，并且不存在正偏导通现象，但是单个AMOS电容的CV曲线较陡，栅衬电压VGATE，BULK只能在很小范围内变化，并且在该区间电容的Q值为最小值，因此传统AMOS电容要实现宽的调谐范围，就要求VCO的增益值KVCO较大，然而，控制电压变化区间较小，KVCO太大会导致较差的相位噪声性能，所以传统AMOS电容宽频段调谐难以实现。发明内容0005本发明的目的是克服已有技术三种宽带VCO结构的缺陷，公开一种调谐曲线补偿的方法及采用调谐曲线补偿方法的压控振荡器VCO模块。调谐曲线补偿方法的。

16、原理是利用两个AMOS可变电容串联连接，其中两个AMOS连接在一起端口可以同为栅极也可以同为说明书CN101944880ACN101944887A2/6页5衬底，并且与控制电压相连接，而另外两极加上不同的偏置电压，这样其中的每一个AMOS电容随控制电压变化的电容电压曲线变化特性相当于平移了两极偏置电压，这样，两个AMOS电容总的串联电容在整个控制电压变化区间得到补偿，因此总的等效电容电压变化曲线在整个控制电压变化区间都平滑变化。同时，通过改变偏置电压的差值，可以使每个AMOS电容工作在Q值较大的区间，得到较大的等效Q值，使VCO宽频段调谐容易实现，并具有较好的相位噪声性能。0006基于以上调谐。

17、曲线补偿原理，采用差分电路方式实现具有调谐曲线补偿功能的压控振荡器电路。通过两组上述AMOS可变电容串联作为谐振回路的压控电容，同时，谐振回路电感采用片上电感，利用交叉耦合负阻放大器产生负阻值抵消LC谐振回路的等效电阻，利用负阻放大器本身的非线性特性产生稳定的频率输出。0007本发明目的是通过以下的技术方案来实现。0008一种调谐曲线补偿VCO方法，包括以下步骤00091确定调谐曲线补偿VCO结构为负阻放大器和电感器与具有调谐曲线补偿作用的AMOS电容网络的两端并联连接结构；00102AMOS电容网络结构为五端网络结构，其中两端为接入直流偏置电压端，另两端为VCO信号输出端并为加相等直流偏置电。

18、压端，还有一端为AMOS电容网络的控制端即调谐曲线补偿控制端；00113改变AMOS电容网络的等效电容通过调整加在调谐曲线补偿控制端的直流控制电压，调整AMOS电容网络中AMOS电容的比值，实现AMOS电容网络等效电容的改变；00124VCO输出频率VCO控制电压的变化曲线在设定一个调谐曲线补偿控制端的直流电压后，将VCO的控制电压从零向电源电压变化，在VCO信号输出端得到一条VCO输出频率VCO控制电压的变化曲线；00135VCO调谐曲线的补偿VCO的输出频率由电感和AMOS电容网络的等效电容共同决定，通过调整AMOS电容网络的等效电容随VCO控制电压变化的曲线使VCO输出频率VCO控制电压。

19、变化的曲线接近线性化，实现VCO调谐曲线的补偿，提高了VCO的稳定性，并使VCO电路模块工作在较高Q值区。0014所述调谐曲线补偿VCO方法构成的VCO电路模块，其在于它包括负阻放大器、电感器以及可变电容器；0015所述的负阻放大器由交叉耦合的MOS管或BJT管构成，其等效电阻为负阻GM，通过负阻放大器产生负阻值抵消LC谐振回路的等效电阻值，维持VCO振荡；0016所述的可变电容器为AMOS电容网络构成的可变电容器；AMOS电容网络由多个AMOS变容管及一个低通滤波器组成，构成实现调谐曲线补偿的AMOS电容网络；0017所述的电感器为采用片上螺旋电感，电感量为L；0018所述VCO电路模块为差。

20、分电路结构，负阻放大器和电感器与可变电容器的AMOS电容网络构成的等效电容在电学上相并联的两端差分输出，差分输出的信号幅度相等，相位相反。0019VCO电路模块的输出频率由电感器和AMOS电容网络构成的可变电容器确定，通过改变AMOS电容网络的调谐曲线补偿控制端的直流电压，来调整VCO电路的输出频率。0020所述的VCO电路模块，其在于所述的负阻放大器为由交叉耦合的MOS对管或BJT说明书CN101944880ACN101944887A3/6页6对管构成，其构成的结构型式包括00211交叉耦合NMOS对管和交叉耦合PMOS对管互补型负阻放大器，适用于低功耗应用场合；00222交叉耦合NMOS对。

21、管型负阻放大器，适用于高频率应用场合；00233交叉耦合PMOS对管互补型负阻放大器，适用于低噪声应用场合；00244交叉耦合BJT对管互补型负阻放大器，适用于高频率和低噪声应用场合。0025所述的VCO电路模块，其在于所述AMOS变容管为一种电容受电压控制的可变电容管；该AMOS变容管采用放置在N阱中的NMOS管制作工艺，其一个端口为栅极，另一个端口为衬底。一对AMOS变容管中，一个AMOS变容管CVAR1的电容随加在栅极和衬底的控制电压VC和VB1或VB2而改变，另一个AMOS变容管CVAR2的电容随加在栅极和衬底的控制电压VC和直流偏置电压VB的变化而改变。0026所述的VCO电路模块，。

22、其在于所述AMOS电容网络由包含四个AMOS变容管，两个偏置电阻以及一个由电阻和电容串联的低通RC滤波器组成；四个AMOS变容管同端串联连接，其两端分别连接电压相等的直流偏置电压，中心的同端串接端连接RC滤波器的串接端，对称的另两个同端串接端都连接一端接控制电压的偏置电阻的另一端。0027所述的VCO电路模块，其在于所述AMOS电容网络为调谐曲线补偿的五端网络，其两个直流偏置电压连接端口VB1和MB2、另两个直流偏置电压连接端口VB和GND、以及一个控制电压连接端口VCTRL，端口VB1和VB2又为AMOS电容网络与VCO电路模块的并接端；通过调整连接端口VCTRL的电压VC0经偏置电阻形成的。

23、控制电压VC来改变AMOS电容网络的等效电容，同时通过调整加在两个直流偏置电压连接端口VB1和VB2的直流偏置电压VB1和VB2，以及另两个直流偏置电压端口VB形成的直流偏置电压VB来调整调谐曲线补偿效果，从而实现VCO电路模块通过调谐曲线补偿的频率改变，并使VCO电路模块工作在较高Q值区。0028所述的VCO电路模块，其在于所述AMOS电容网络的四个AMOS变容管采用电学上的串联连接；VCO电路模块AMOS电容网络的四个变容管为两两成对并对称配置，两对变容管加上相同的直流偏置电压VB，两对变容管加上相同的控制电压VC，两对变容管的输出端就构成差分输出端VB1和VB2并加上相等的直流偏置电压V。

24、B1和VB2，每对变容管为反向串接对称配置，每对变容管的公共端经限流电阻连接控制电压端VCTRL，直流偏置电压的两端VB和GND之间串接一个RC滤波器，RC滤波器滤除高频噪声，使调谐曲线补偿VCO具有较好的相位噪声性能。0029所述的一种调谐曲线补偿VCO方法，其在于所述四个AMOS变容管分成两对，利用每对串联的两个AMOS变容管上加的偏置电压不同，两者偏置电压的差值决定了两个AMOS变容管的电容随其上所加控制电压变化的曲线相差的差值，每对AMOS变容管上的等效电容随控制电压变化的曲线是取决于该两个AMOS变容管随控制电压变化的电容值的串联值，两对AMOS变容管上总的等效电容取决于每对AMOS。

25、变容管上的等效电容的串联值，通过调整偏置电压和控制电压，在整个控制电压变化区间，使四个AMOS变容管得到使VCO具有线性化频率特性的总的等效电容。0030所述的VCO电路模块，其特征在于，所述AMOS电容网络的四个AMOS变容管的两对AMOS变容管串联的方式有两种一种为两对AMOS变容管的CVAR2的栅极连接在一起，每对AMOS变容管的CVAR1和CVAR2的衬底的端口连接在一起；另一种为两对AMOS变容管的CVAR2的说明书CN101944880ACN101944887A4/6页7衬底的端口连接在一起，每对AMOS变容管的CVAR1和CVAR2的栅极连接在一起。0031所述AMOS电容网络的。

26、四个AMOS变容管的两对AMOS变容管串联的方式有两种一种为两对AMOS变容管的CVAR2的栅极连接在一起，连接端经滤波电阻RB连接直流偏置电压端VB，连接端还经滤波电容CB连接GND端，两对AMOS变容管的CVAR2的两个栅极加上直流偏置电压VB，每对AMOS变容管的两个衬底的端口连接在一起，分别经限流电阻连接控制电压端VCTRL，在每对AMOS变容管的两个衬底的端口加上控制电压VC；另一种为两对AMOS变容管的CVAR2的衬底的端口连接在一起，连接端经滤波电阻RB连接直流偏置电压端VB，连接端还经滤波电容CB连接GND端，两对AMOS变容管的CVAR2的两个衬底的端口加上直流偏置电压VB，。

27、每对AMOS变容管的两个栅极连接在一起，分别经限流电阻连接控制电压端VCTRL，在每对AMOS变容管的两个栅极加上控制电压VC。0032发明的实质性效果是00331通过对调谐曲线补偿，使频率控制电压曲线接近线性化，通过频率调谐曲线的线性化控制，不仅实现VCO较大的调谐范围，而且提高了频率合成器的稳定性。00342通过改变偏置电压，可以调节调谐曲线的效果，具有较好的灵活性，使VCO宽频段调谐容易实现。00353采用调谐曲线补偿方法的VCO可以采用全CMOS实现，可以简化VCO宽频段调谐的实现工艺。00364采用调谐曲线补偿方法的VCO可以使AMOS可变电容工作在较高Q值的区域，从而提高谐振环路总。

28、的Q值，使调谐曲线补偿VCO具有较好的相位噪声性能。00375采用调谐曲线补偿方法的VCO模块可以应用于各种宽带高性能接收发器芯片中。附图说明0038图1A是采用调谐曲线补偿方法的VCO的一种结构原理图。图1A中11负阻放大器、12电感器L、13可变电容器CEQ，VB1和VB2可变电容器CEQ两个接入端以及VCO两个输出端。0039图1B是图1A中可变电容CEQ的一种AMOS电容网络电原理图。图1B中131偏置电阻R1、132偏置电阻R2、133和136AMOS变容管CVAR1、134和135AMOS变容管CVAR2、137滤波电容CB、138滤波电阻RB，VB和GND两直流偏置电压接入端、V。

29、CTRL控制电压接入端、VB1和VB2VCO两个输出端以及两直流偏置电压VB1和VB2接入端。0040图2A是采用调谐曲线补偿方法的VCO的另一种结构原理图。0041图2B是图2A中可变电容器CEQ的另一种AMOS电容网络电原理图。0042图3A是示出第1实施例中调谐曲线补偿VCO结构原理框图。图3A中31电感器L、32可变电容器CEQ、33和34、35和36、37，VB1和VB2可变电容器CEQ两个接入端以及VCO两个输出端，VB控制电压接入端；负阻放大器。0043图3B是示出第1实施例中可变电容器CEQ的AMOS电容网络电原理图。0044图4A是示出第2实施例中调谐曲线补偿VCO结构原理框。

30、图。0045图4B是示出第2实施例中可变电容器CEQ的AMOS电容网络电原理图。0046图5A是示出第3实施例中调谐曲线补偿VCO结构原理框图。说明书CN101944880ACN101944887A5/6页80047图5B是示出第3实施例中可变电容器CEQ的AMOS电容网络电原理图。具体实施方式0048下面对本发明的实施例并结合附图，对本发明技术方案作详细的说明。0049图1A示出的是采用曲线补偿方法的VCO的一种结构形式。电感12与等效电容13组成LC谐振回路，负阻放大器11用来抵消LC谐振回路的等效电阻，当电路稳定振荡时，LC谐振回路的等效电阻等于正阻GM。等效电容13为具有调谐曲线补偿功。

31、能的电压控制可变电容。图1A中等效电容13由图1B中虚线框内四个AMOS变容管133、134、135、136组成。其中133和136的AMOS变容管具有相同的电容值，134和135AMOS变容管具有相同的电容值，133和134AMOS变容管的衬底端连接在一起，通过R1电阻131接控制电压端VCTRL，135和136AMOS变容管的衬底端连接在一起，通过R2电阻132连接控制电压端VCTRL，134和135AMOS变容管的栅极连接在一起。133和136AMOS变容管的栅极分别连接输出端VB1和VB2，两端加上相等的直流偏置电压VB1和VB2，但两端口的交流信号通路分别与电感12两端相连接。另一直。

32、流偏置电压VB通过RB滤波电阻138和CB滤波电容137组成的低通滤波器的串接端与134和135AMOS变容管的栅极相连。一对AMOS变容管两偏置电压的差值为VB1VB或VB2VB。由于单个AMOS的电容值与栅极与衬底的电压成正比，因此等效电容13的电容值与控制电压VC成反比的关系，即控制端VCTRL控制电压增大使VC增大时，等效电容103的电容值变小。根据谐振回路的谐振频率F公式得到00500051由公式可知，谐振回路的谐振频率F与控制电压VC成正比，采用该调谐曲线补偿方法的VCO具有正的频率控制电压特性。0052图2A示出的是采用曲线补偿方法的VCO另一种形式。电感22与可变的容器23组成。

33、LC谐振回路，负阻放大器21用来抵消LC谐振回路的等效电阻，当电路稳定振荡时，LC谐振回路的等效电阻等于负阻GM。可变的容器23为具有调谐曲线补偿功能的电压控制可变电容，其等效电容由图2B虚线框内的四个AMOS变容管233、234、235、236组成。其中233和236的AMOS变容管CVAR1具有相同的电容值，234和235的AMOS变容管CVAR2具有相同的电容值，233和234两AMOS变容管的栅极端连接在一起，通过电阻231接控制电压端口VCTRL，同时，235和236两AMOS变容管的栅极连接在一起，通过电阻232连接控制电压端口VCTRL，234和235的衬底直接连接在一起。233。

34、和236两AMOS变容管的衬底分别接相等的直流偏置电压VB1和VB2，但两端口的交流信号通路分别与电感22两端相连接。另一直流偏置电压VB2通过电阻238和电容237组成的低通滤波器与234和235两AMOS变容管的衬底相连。两偏置电压的差值为VB1VB。由于单个AMOS的电容值与栅极与衬底的电压成正比，因此等效电容23具有与控制电压VCTRL成正比的关系，即VCTRL增大时，可变的容器23的电容值变大。因此，谐振回路的频率与控制电压成反比，采用该调谐曲线补偿方法的VCO具有负的频率控制电压特性。0053第1实施例0054图3A为第1实施例中调谐曲线补偿VCO原理框图。该VCO结构为带尾电流源。

35、的说明书CN101944880ACN101944887A6/6页9NMOS和PMOS互补型VCO，尾电流源37的栅极上加偏置电压VB。PMOS管35与36构成交叉耦合负阻放大器，而NMOS管33与34交叉耦合构成另一个负阻放大器，两者构成带尾电流源的NMOS和PMOS互补型负阻放大器。可变电容器32与片上电感31以及带尾电流源的NMOS和PMOS互补型负阻放大器为电学上并联连接，图3B为图3A第1实施例调谐曲线补偿VCO原理框图中可变电容器32的调谐曲线补偿的AMOS电容网络电原理图。可变电容器32所示的等效电容，采用的调谐曲线补偿方法为图1B所示的正频率特性补偿方法，图3B中331338与图。

36、1A中131138相同。显而易见，图3A所示的VCO具有正的频率控制电压特性。为了提高电路的对称性PMOS交叉耦合管与NMOS交叉耦合管产生相同的负阻值，因此，在同样尾电流条件下，该结构的VCO模块能够产生两倍的负阻值。该结构的VCO模块适用于低功耗应用场合。0055第2实施例0056图4A为第2实施例中调谐曲线补偿VCO原理框图，PMOS管43为栅极上加偏置电压VB的尾电流源。PMOS管44和45构成交叉耦合负阻放大器。该VCO结构为带尾电流的PMOS负阻放大器型VCO，带中心抽头的片上对称型电感41和带尾电流源的PMOS负阻放大器，与可变电容器42为电学上并联连接。可变电容器42为采用调谐。

37、曲线补偿的电容网络组成，其具体原理图如图4B虚线框中所示，该等效电容采用的调谐曲线补偿方法为图1所示的正频率特性补偿方法，图4B中431438分别与图1中131138相同。同理，该VCO具有正的频率控制电压特性。PMOS管44与45交叉耦合构成负阻放大器。由于PMOS管比NMOS管的噪声要小得多，因此，AMOS管对VCO的相位噪声贡献也较少。该结构的VCO模块适用于低噪声应用场合。0057第3实施例0058图5A为第3实施例中调谐曲线补偿VCO原理框图。该VCO结构为带尾电流的NMOS负阻放大器型VCO。NMOS管55为栅极上加偏置电压VB的尾电流源，尾电流源的漏极连接片上对称型电感51的中心。

38、抽头。NMOS管53和54构成交叉耦合负阻放大器。带中心抽头的片上对称型电感51和NMOS交叉耦合负阻放大器，与可变电容器52为电学上并联连接，并联连接端口为VB1和VB2。可变电容器52为采用调谐曲线补偿的电容网络组成。等效电容52的具体原理图如虚线框中所示，该等效电容采用的调谐曲线补偿方法为图1所示的正频率特性补偿方法，图5B中531538分别与图1中131138相同。同理，该VCO具有正的频率控制电压特性。NMOS管53与54交叉耦合构成负阻放大器。由于NMOS具有较高的截止频率，NMOS可以工作在较高的频率。因此该结构的VCO模块适用于高频率应用场合。0059实施例13的可变电容器32。

39、、42和52，都可以采用图2B所示的可变电容器CEQ的另一种AMOS电容网络的形式。该形式两对AMOS变容管的CVAR2的衬底的端口连接在一起，每对AMOS变容管的CVAR1和CVAR2的栅极连接在一起的形式。0060以上所述方法和电路模块，仅对实施例作具体描述，它不是限定性解释，对于本技术领域熟练技术人员运用本发明方法对调谐曲线补偿VCO电路模块实例所作的修饰、变化，皆属本发明主张的权利范围，而不限于上述的实例。说明书CN101944880ACN101944887A1/3页10图1A图1B图2A图2B说明书附图CN101944880ACN101944887A2/3页11图3A图3B说明书附图CN101944880ACN101944887A3/3页12图4A图4B图5A图5B说明书附图CN101944880A。

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