超低功耗壓控振蕩器的研究與設(shè)計.pdf

1、隨著無線通信技術(shù)的快速發(fā)展和微電子工藝的進(jìn)步，通信設(shè)備正朝著智能化、便攜化、超低功耗、低成本、高集成度趨勢發(fā)展，這對射頻收發(fā)機(jī)性能指標(biāo)提出了十分嚴(yán)苛的要求。壓控振蕩器（Voltage-Controlled Osillator，VCO）為收發(fā)機(jī)系統(tǒng)提供穩(wěn)定的本地振蕩信號，是收發(fā)機(jī)系統(tǒng)的核心模塊。壓控振蕩器的相位噪聲、功耗、調(diào)諧范圍在很大程度上決定了收發(fā)機(jī)系統(tǒng)的整體性能，因而受到學(xué)者的廣泛關(guān)注。
　　通過閱讀大量相關(guān)文獻(xiàn)，仔細(xì)研究了相

2、位噪聲理論、低電壓低功耗設(shè)計方法，并對幾種常見的低功耗技術(shù)和相應(yīng)的電路結(jié)構(gòu)存在的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)。在此基礎(chǔ)上作者設(shè)計了一個超低功耗寬范圍頻率可調(diào)諧的壓控振蕩器和一個超低功耗低相位噪聲的PMOS管構(gòu)成的正交壓控振蕩器。并在Cadence IC5141軟件上對這些電路進(jìn)行仿真驗證和版圖設(shè)計。本文的主要工作和成果如下：
　　（1）提出了一個超低功耗寬范圍頻率可調(diào)諧的壓控振蕩器。為了實現(xiàn)寬范圍頻率調(diào)諧，該電路采用開關(guān)電容陣列實現(xiàn)頻率的粗調(diào)

3、，可變電容實現(xiàn)頻率的細(xì)調(diào)。為了降低電源電壓，本文用電感取代了傳統(tǒng)的尾電流源，通過襯底偏置和CMOS電流復(fù)用技術(shù)，較好地實現(xiàn)了超低功耗設(shè)計目標(biāo)。仿真結(jié)果表明，在0.8V的電源電壓下，其頻率調(diào)諧范圍為2.21-3.33GHz，功耗為0.248mW，相位噪聲為-112.7 dBc/Hz@1MHz。該電路較好滿足超寬帶頻率合成器的性能指標(biāo)要求，可應(yīng)用于超寬帶頻率合成器系統(tǒng)中。
　　（2）提出了一個超低功耗低相位噪聲的PMOS管構(gòu)成的正交壓

4、控振蕩器。該電路采用單層PMOS管技術(shù)，降低了電源電壓，通過電容反饋技術(shù)增大了輸出波形的振幅，通過直接襯底耦合的方式，加快了漏極電流切換速度，優(yōu)化了相位噪聲性能。仿真結(jié)果表明，在0.55V電源電壓下，該電路功耗為0.535mW，載波頻率為2.34GHz時，相位噪聲為-128.2dBc/Hz@1MHz,頻率調(diào)諧范圍為2.325-2.44GHz，其功耗和相位噪聲指標(biāo)比較理想，可以應(yīng)用在零中頻、低中頻等需要使用正交本振信號的接收機(jī)中。