168 复旦学报（自然科学版） 第44卷 1.2.2尾电流源源极电感负反馈 M的源极接一个片外大电感L2(10~20μ田可以减小Mc的低频噪声，如图3所示.电流源漏端的 的g减小到，8mbias oy,所以Mm的噪声电流减小了11+j8m,basL22倍 尾电流源引起的噪声减小，这由2)式可以看出.采用此技术与未采用此技术的相位噪声特性的比较如图 4所示.但此技术的缺点是要求一个大的片外电感，不利于片上集成 -40 -.-Without L-degenerate 一With L-degenerate -60 73 dBc/Hz 78 dBc/Hz -80 -100 -120 -123 dBc/Hz -127 dBc/Hz -140 -160 109 100 105 109 10 f/Hz 图4采用电感源极负反馈技术前后的相位噪声比较 图3电感源极负反馈的LC振荡器 Fig.4 Comparison of phase noise using L-degenerate and Fig.3 LC VCO with L-degenerate technique without using L-degenerate technique 1.2.3电感电容滤波 如果只加电流源并联电容C,共模点在高频相当于低阻抗，电流的二次谐波分量会沿着差分MOS管 到地，造成谐振回路能量的损失，因此在共模点与尾电流源管之间再接电感L2,如图5所示，C是差分对 管源极上的寄生电容.电感2与差分对管源极的寄生电容G并联谐振在241，等效阻抗为G小： 。设计时，使2=广则谐振时理想的等效阻抗接近无穷大.因此提高了共模点上的阻 1-2L2C0 L2 Co 抗，抑制M与M由于进入线性区，导致负阻减小，谐振回路的品质因数降低的效应.同时，L2、C组成 的谐振回路相当于一个带通滤波器，不仅阻止尾电流的噪声通过与共源点的2信号混频到f6附近而影 响相位噪声，而且共源端的高阻抗也防止谐振回路中电流的二次谐波分量进入地.尾电流的滤波电容C 滤除Mπ的高频噪声.即使当尾电流源管进入线性区时，电流源阻抗从rs减到了1/gm,电感电容滤波提 供的高阻抗，可以减小差分对管进入线性区时谐振回路品质因数的降低.采用电感电容滤波技术与未采 用滤波技术的相位噪声特性的比较如图6所示.在1/f3区域，相位噪声改善了9dBc/亚；在1/f子区域，改 善了4dBc/五. 1.3小结 在比较了以上三种降低相位噪声的技术之后，可以得出，第一种方法电流源并联电容虽然可以滤除 2,处的噪声，但当输出幅度较大时，负阻管进入线性区而使阻抗降低，谐振回路Q值下降.电感电容滤 波技术正是为了弥补这一缺陷，它的相位噪声改善还是比较满意的.第二种方法尾电流源源级负反馈的 方法需要一个大的片外电感，不利于实现片上集成，因此没有采用： C 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co..Ltd.All rights reserved.1. 2. 2 尾电流源源极电感负反馈 Msrc的源极接一个片外大电感 L2 (10～20μH) 可以减小 Msrc的低频噪声 ,如图 3 所示. 电流源漏端的 跨导从原来的 gm ,bias减小到 gm ,bias 1 + j gm ,biasωL2 ,所以 Msrc的噪声电流减小了| 1 + j gm ,biasωL2| 2 倍[5 ] , gm ,bias减小 , 尾电流源引起的噪声减小 ,这由(2) 式可以看出. 采用此技术与未采用此技术的相位噪声特性的比较如图 4 所示. 但此技术的缺点是要求一个大的片外电感 ,不利于片上集成. 图 3 电感源极负反馈的 LC振荡器 Fig. 3 LC VCO with L2degenerate technique 图 4 采用电感源极负反馈技术前后的相位噪声比较 Fig. 4 Comparison of phase noise using L2degenerate and without using L2degenerate technique 1. 2. 3 电感电容滤波 如果只加电流源并联电容 C1 ,共模点在高频相当于低阻抗 ,电流的二次谐波分量会沿着差分 MOS 管 到地 ,造成谐振回路能量的损失 ,因此在共模点与尾电流源管之间再接电感 L2 ,如图 5 所示 , C0 是差分对 管源极上的寄生电容. 电感 L2 与差分对管源极的寄生电容 C0 并联谐振在 2ω0 [5 ] ,等效阻抗为 1 jωC0 ∥jωL2 = jωL2 1 - ω2 L2 C0 . 设计时 ,使 2ω0 = 1 L2 C0 ,则谐振时理想的等效阻抗接近无穷大 ,因此提高了共模点上的阻 抗 ,抑制 M1 与 M2 由于进入线性区 ,导致负阻减小 ,谐振回路的品质因数降低的效应. 同时 , L2、C0 组成 的谐振回路相当于一个带通滤波器 ,不仅阻止尾电流的噪声通过与共源点的 2f 0 信号混频到 f 0 附近而影 响相位噪声 ,而且共源端的高阻抗也防止谐振回路中电流的二次谐波分量进入地. 尾电流的滤波电容 C1 滤除 Msrc的高频噪声. 即使当尾电流源管进入线性区时 ,电流源阻抗从 rds减到了 1/ gm ,电感电容滤波提 供的高阻抗 ,可以减小差分对管进入线性区时谐振回路品质因数的降低. 采用电感电容滤波技术与未采 用滤波技术的相位噪声特性的比较如图 6 所示. 在 1/ f 3 区域 ,相位噪声改善了 9 dBc/ Hz ;在 1/ f 2 区域 ,改 善了 4 dBc/ Hz. 1. 3 小 结 在比较了以上三种降低相位噪声的技术之后 ,可以得出 ,第一种方法电流源并联电容虽然可以滤除 2ω0 处的噪声 ,但当输出幅度较大时 ,负阻管进入线性区而使阻抗降低 ,谐振回路 Q 值下降. 电感电容滤 波技术正是为了弥补这一缺陷 ,它的相位噪声改善还是比较满意的. 第二种方法尾电流源源级负反馈的 方法需要一个大的片外电感 ,不利于实现片上集成 ,因此没有采用. 861 复 旦 学 报(自然科学版) 第 44 卷 © 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved