寬范圍環(huán)形壓控振蕩器的設(shè)計.pdf

1、壓控振蕩器(Voltage-Controlled Oscillator，VCO)是一種通過控制電壓改變輸出信號頻率的振蕩器，被廣泛地應(yīng)用于高速串行數(shù)據(jù)通信、時鐘源、數(shù)據(jù)收發(fā)等相關(guān)領(lǐng)域。壓控振蕩器最大的優(yōu)點(diǎn)是能提供穩(wěn)定、精確的信號源，而調(diào)諧范圍和相位噪聲性能決定了振蕩器能否得到高性能的性能指標(biāo)。隨著4G網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，高頻、寬帶的VCO在無線通信設(shè)備的地位變的越來越重要。在傳統(tǒng)的CMOS工藝下，設(shè)計者常常會選用經(jīng)典的LC電路結(jié)構(gòu)來設(shè)計振蕩

2、器，這樣不僅會增加工藝的壓力，而且還會極大的影響芯片的集成度，從而增加設(shè)計成本。所以，在傳統(tǒng)CMOS工藝的前提下研究高頻、寬帶的環(huán)形VCO顯得意義重大。
　　本文開始從三個方面介紹了VCO。分別是VCO的研究背景、意義和發(fā)展現(xiàn)狀;然后又從振蕩器的工作原理、常用分類、以及相位噪聲的理論基礎(chǔ)和典型模型出發(fā)，進(jìn)一步闡述了振蕩器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。振蕩器的工作原理本文詳細(xì)闡述了負(fù)反饋理論，并從起振，平衡，穩(wěn)定三個方面解釋了振蕩器正常工作所要滿足的

3、條件。振蕩器的常用分類包括晶體振蕩器、阻容振蕩器、LC振蕩器等。振蕩器的相位理論基礎(chǔ)指出對于一個理想的振蕩器，在受外界噪聲干擾時，正弦信號的振幅和相位都會受到微小的影響。相位噪聲的典型模型主要分為非時變模型和時變模型;其次研究了VCO的數(shù)學(xué)模型、壓控振蕩器的主要性能指標(biāo)以及實(shí)現(xiàn)寬范圍調(diào)諧的三種方法。壓控振蕩器的主要性能指標(biāo)包括:中心頻率、電源電壓、調(diào)節(jié)范圍、調(diào)節(jié)線性度等。實(shí)現(xiàn)寬帶調(diào)諧的三種方法包括電容切換方式、變電感方式和多個窄帶VCO

4、切換方式;最后詳細(xì)闡述了本設(shè)計的系統(tǒng)框圖、比較器中運(yùn)放的設(shè)計方法、開關(guān)電路的實(shí)現(xiàn)方式以及延時單元的設(shè)計理念，并在Cadence平臺下對部分核心子電路及整體電路進(jìn)行仿真驗(yàn)證。
　　本文所設(shè)計的寬帶環(huán)形VCO采用的是SMIC0.18um CMOS工藝，最終設(shè)計出的VCO輸出的頻率調(diào)諧范圍為1.468GHz～10.13GHz;當(dāng)頻率在5GHz時，在10KHz頻偏處的相位噪聲為-23.55dBc/Hz，在100KHz頻偏處的相位噪聲為-5