基于CMOS工藝的電感電容振蕩器相位噪聲和電流效率研究.pdf

1、振蕩器作為無線通信系統(tǒng)中的最重要的模塊之一，擔(dān)負(fù)著頻率產(chǎn)生和時(shí)鐘參考的重要任務(wù)。在集成射頻收發(fā)系統(tǒng)中，振蕩器的相位噪聲會(huì)直接影響到接收機(jī)的噪聲系數(shù)和發(fā)射機(jī)的誤差向量幅度。因此，數(shù)十年來，振蕩器的相位噪聲始終是射頻集成電路方向的研究熱點(diǎn)。近年來，隨著手持移動(dòng)設(shè)備的普及，低功耗電路設(shè)計(jì)的需求逐年增加。由于振蕩器是射頻收發(fā)系統(tǒng)中的一個(gè)高功耗模塊，如何實(shí)現(xiàn)一個(gè)低功耗且低噪聲的振蕩器成為了研究熱點(diǎn)，這推動(dòng)了振蕩器能量效率研究的浪潮。在這其中，振蕩

2、器的電流效率，因其和振蕩器輸出幅度、相位噪聲的密切關(guān)系，成為一個(gè)尤為令人關(guān)注的話題。CMOS電感電容振蕩器因其在較低功耗下可呈現(xiàn)低相位噪聲的優(yōu)勢(shì)在通信系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。
　　本文重點(diǎn)研究了電感電容振蕩器的相位噪聲和電流效率。尤其針對(duì)在學(xué)術(shù)界和工業(yè)界使用最廣泛的傳統(tǒng)B類振蕩器，給出了精確的電流效率模型和范圍。研究結(jié)果表明，在綜合性能指標(biāo)FoM的優(yōu)化點(diǎn)處，傳統(tǒng)B類振蕩器的電流效率范圍在0.60至0.85之間。這修正了廣為使用的假設(shè)---

3、-電流效率在所有B類振蕩器中為2/π。此外，將理論拓展到交流耦合的B類振蕩器和C類振蕩器。分析顯示，兩種B類振蕩器的電流效率相同，C類振蕩器的電流效率在0.85和1之間。詳細(xì)討論了電感電容振蕩器的相位噪聲行為，并將兩種線性相位噪聲模型與振蕩方程聯(lián)系起來，揭示了其背后的機(jī)理。利用線性時(shí)變模型的脈沖敏感函數(shù)，本文給出了適用于小幅度和大幅度的B類振蕩器相位噪聲模型。并結(jié)合電流效率的分析結(jié)果，給出了修正后的FoM的閉環(huán)表達(dá)式。此外，利用上述分析

4、結(jié)果，論文還討論了一些振蕩器設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)和概念，這包括電感電容振蕩器中尾電容的作用，電壓受限區(qū)和電流受限區(qū)的劃分以及B類振蕩器和C類振蕩器的效率比較等。分析顯示，B類和C類振蕩器的的主要性能區(qū)別在于電壓效率而非電流效率。介紹了當(dāng)前國際上流行的電感電容數(shù)控振蕩器的一些基本概念，并總結(jié)了當(dāng)前的先進(jìn)國際研究成果。最后，文中提出了一個(gè)基于脫敏尾電容的高分辨率電感電容數(shù)控振蕩器的新穎的調(diào)諧方式。論文給出了尾電容和輸出頻率之間的敏感度的量化分析