極低電壓極低功耗的射頻VCO及其預(yù)分頻器設(shè)計(jì)研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、隨著近幾年無線通訊系統(tǒng)的蓬勃發(fā)展，推動(dòng)了低成本、低功耗CMOS無線收發(fā)機(jī)的研究與開發(fā)。而壓控振蕩器和預(yù)分頻器是鎖相環(huán)頻率綜合器中的核心模塊，它們決定了鎖相環(huán)的一些重要特性，例如調(diào)諧范圍、相位噪聲、功耗等。
　　 隨著CMOS工藝尺寸的進(jìn)一步縮小，芯片的電路密度、器件的速度以及功能模塊處理信號(hào)的能力都隨之增強(qiáng)。但是，為了滿足可靠性，避免器件柵氧化層的擊穿、熱載流子效應(yīng)和功耗密度過大等問題，其電源電壓也必須等比例地降低。電源電壓降低

2、，而MOS管的閾值電壓卻沒有相應(yīng)降低，結(jié)果導(dǎo)致了可獲得的電壓擺幅變小。傳統(tǒng)的模擬電路結(jié)構(gòu)在電源電壓降低到1V以下時(shí)由于沒有足夠的電壓凈空間，使得模擬電路的設(shè)計(jì)遇到了挑戰(zhàn)。
　　 本論文的目的是分別設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)2.4 GHz和6 GHz極低電壓極低功耗的壓控振蕩器及其預(yù)分頻器，在全面研究的基礎(chǔ)上，主要的工作和創(chuàng)新點(diǎn)包括：
　　 1、研究了射頻電路的基本元器件，包括射頻MOS管、集成電感、集成交容管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其應(yīng)用場(chǎng)合?？偨Y(jié)

3、歸納了LC壓控振蕩器及其預(yù)分頻器的結(jié)構(gòu)分類、工作原理，設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。特別地關(guān)注了低電壓環(huán)境中的設(shè)計(jì)原則和方法。
　　 2、利用SMIC65nm1P8M CMOS工藝實(shí)現(xiàn)了工作于0.5 V電源電壓下的兩個(gè)LC壓控振蕩器電路，經(jīng)過測(cè)試，2.4 GHz壓控振蕩器的調(diào)諧范圍為2.419～2.116 GHz，其功耗為2.5 mW；運(yùn)用該壓控振蕩器構(gòu)成鎖相環(huán)后，相位噪聲在-118.33～-122.34dBc/Hz@1MHz之間，F(xiàn)OM優(yōu)于-18

4、6 dB；6 GHz壓控振蕩器的調(diào)諧范圍為6.209～5.666 GHz，其功耗為3 mW，相位噪聲在-108.74～-111.17 dBc/Hz@1MHz之間，F(xiàn)OM為-183 dB。
　　 3、利用SMIC65nm1PSM CMOS工藝實(shí)現(xiàn)了工作于0.8 V電源電壓下的兩個(gè)預(yù)分頻器電路，經(jīng)過測(cè)試，它們均能夠在各自對(duì)應(yīng)的壓控振蕩器的調(diào)諧范圍內(nèi)正常工作，其中2.4 GHz預(yù)分頻器完成256/258雙模分頻，功耗為0.58 mW；