1004 半导体学报 第29卷 RF front-end Analog front-end Digital baseband 752 Pre-filter Anti-Alias Complex mixers filter VGA Up mixer Dn mixer ADC Band limit VGLNA filter Second LO Eror quadrature) detector First LO PLL A● Q Pre-filter Anti-Alias VGA filter CMOS RF DTV tuner for DVB-T/C system 图1数字电视调诺器系统结构图 Fig.1 Architecture of a DLIF DTV tuner 越差.而调谐增益的变化会直接引起锁相环环路带宽以 及相位噪声性能的变化，甚至会造成环路不稳定.所以， Kvco=Vune 1 X ACvAR △C `△Ve4xC√LC △V tune 为了确保锁相环的性能稳定，压控振荡器的调谐增益需 (2) 要尽量低，同时变化要尽量小。 由(1)式可看出，对于宽带压控振荡器来说，在电感 图2是差分互补MOS管电感电容压控振荡器的基 值不变的情况下，增大频率覆盖范围的唯一方法是增大 本原理图.Mpl,Mp2管与Mnl,Mn2管的负跨导可以 压控可变电容.但是增大压控可变电容会引起两个问 补偿振荡中的电路损耗，为振荡提供能量.压控电压 题：第一个问题是虽然压控可变电容增大，但压控电压 Ve控制可变电容Cv,达到控制振荡频率的目的. 受到电源电压和电荷泵的限制，压控电压范围保持不 对于电感电容压控振荡器来说，其输出频率可以表 变，导致△CvAR/△Vue增大.由(2)式可知调谐增益 示为： Kvco也会随之增大，这样会导致锁相环相位噪声恶化. f-1 (1) 第二个问题在于压控振荡器工作在不同频带时，谐振固 2π√LC 定电容C大小不同，调谐增益也会随之变化不定.对于 其中L为谐振电感值；C为连接到振荡端P1与P2 宽带压控振荡器，这种变化会大到无法忽略的地步. 的总的谐振电容值.其调谐增益Kvo可以表示为[)： 根据(2)式，调谐增益变化幅度△Kv©o随振荡频率 f的变化可表示为： AKm=(A号+B)△ (3) 其中： A=1 (4) 4πC√LC B (5) 对于传统的宽带压控振荡器，压控可变电容的变化 2 范围不变，(3)式中的B可看作定值.可以推出： △B=0 (6) △f △Kvco=B△A (7) 假设振荡器的最高工作频带和最低工作频带的比 n 值为2，则根据(1)式可以计算出最大谐振电容与最小 谐振电容比值为4.由(7)式可得出，调谐增益会变化8 倍. 对于第一个问题，最常见的解决方法是把需要覆盖 的频带划分成几个子频带，每个子频带只覆盖较窄的频 图2电容电感压控振荡器原理图 Fig.2 Schematic diagram of a LC-VCO 率范围，同时增加数字控制信号来选择使其工作在合适 的子频带.这样相当于把一个宽带振荡器划分成了几个半 导 体 学 报 第２９卷 图１ 数字电视调谐器系统结构图 犉犻犵１ 犃狉犮犺犻狋犲犮狋狌狉犲狅犳犪犇犔犐犉犇犜犞狋狌狀犲狉 越差．而调谐增益的变化会直接引起锁相环环路带宽以 及相位噪声性能的变化，甚至会造成环路不稳定．所以， 为了确保锁相环的性能稳定，压控振荡器的调谐增益需 要尽量低，同时变化要尽量小． 图２是差分互补 犕犗犛管电感电容压控振荡器的基 本原理图．犕狆１，犕狆２管与 犕狀１，犕狀２管的负跨导可以 补偿 振 荡 中 的 电 路 损 耗，为 振 荡 提 供 能 量．压 控 电 压 犞狋狌狀犲控制可变电容 犆犞，达到控制振荡频率的目的． 对于电感电容压控振荡器来说，其输出频率可以表 示为： 犳＝ １ ２π槡犔犆 （１） 其中 犔 为谐振电感值；犆 为连接到振荡端 犘１与 犘２ 的总的谐振电容值．其调谐增益 犓犞犆犗可以表示为［７］： 图２ 电容电感压控振荡器原理图 犉犻犵．２ 犛犮犺犲犿犪狋犻犮犱犻犪犵狉犪犿狅犳犪犔犆犞犆犗 犓犞犆犗 ＝ Δ犳 Δ犞狋狌狀犲 ＝ Δ犳 Δ犆× Δ犆 Δ犞狋狌狀犲 ＝ －１ ４π犆槡犔犆 ×Δ犆犞犃犚 Δ犞狋狌狀犲 （２） 由（１）式可看出，对于宽带压控振荡器来说，在电感 值不变的情况下，增大频率覆盖范围的唯一方法是增大 压控可变电容．但是增大压控可变电容会引起两个问 题：第一个问题是虽然压控可变电容增大，但压控电压 受到电源电压和电荷泵的限制，压控电压范围保持不 变，导致 Δ犆犞犃犚／Δ犞狋狌狀犲 增 大．由 （２）式 可 知 调 谐 增 益 犓犞犆犗也会随之增大，这样会导致锁相环相位噪声恶化． 第二个问题在于压控振荡器工作在不同频带时，谐振固 定电容 犆 大小不同，调谐增益也会随之变化不定．对于 宽带压控振荡器，这种变化会大到无法忽略的地步． 根据（２）式，调谐增益变化幅度 Δ犓犞犆犗 随振荡频率 犳的变化可表示为： Δ犓犞犆犗 ＝ 犃Δ犅 Δ犳＋犅Δ犃 （ Δ犳）Δ犳 （３） 其中： 犃 ＝ －１ ４π犆槡犔犆 （４） 犅 ＝ Δ犆犞犃犚 Δ犞狋狌狀犲 （５） 对于传统的宽带压控振荡器，压控可变电容的变化 范围不变，（３）式中的 犅 可看作定值．可以推出： Δ犅 Δ犳 ＝０ （６） Δ犓犞犆犗 ＝ 犅Δ犃 （７） 假设振荡器的最高工作频带和最低工作频带的比 值为２，则根据（１）式可以计算出最大谐振电容与最小 谐振电容比值为４．由（７）式可得出，调谐增益会变化８ 倍． 对于第一个问题，最常见的解决方法是把需要覆盖 的频带划分成几个子频带，每个子频带只覆盖较窄的频 率范围，同时增加数字控制信号来选择使其工作在合适 的子频带．这样相当于把一个宽带振荡器划分成了几个 １００４