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《哈尔滨工业大学》 2007年
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CMOS振荡器噪声理论及优化技术研究

吕志强  
【摘要】: 在无线通信系统中,随着无线用户更加有效使用已经稀少的频率资源的要求的增多,频谱已是一种重要的商品。通信收发器主要通过本地振荡器实现频率转换,因此接收器和发送器中的振荡器频谱纯度是限制最多信道和用户的因素之一。正因为如此,深入理解限制振荡器性能的基本问题以及开发解决这些问题的设计准则是必要的。 本文在完成对CMOS振荡器领域国内外研究现状调研的基础上,进行CMOS振荡器噪声理论和优化技术研究。探讨适合于高频集成电路设计的深亚微米MOSFET高频噪声模型;进行CMOS振荡器相位噪声建模的研究;探索CMOS振荡器低相噪技术的优化方法;并且对CMOS振荡器的电路结构进行深入的研究,包括以下几个方面的内容: 研究深亚微米MOSFET高频噪声模型。首先考虑MOSFET的短沟道效应(迁移率退化、速度饱和、热载流子效应、体电荷效应、沟道长度调制效应等)对器件噪声的影响,将短沟道效应模型,特别是热载流子效应的模型引入MOSFET热噪声模型的推导过程,以提高深亚微米MOSFET热噪声模型的精确度;然后从高频集成电路设计者方便使用的角度出发,提出了一种只包括器件的设计参数和工艺参数,不存在微积分表达方式和拟合参数的MOSFET热噪声代数解析模型,促进了深亚微米MOSFET热噪声模型的易用性;最后通过沟道热噪声、栅极诱导噪声和栅极电阻噪声三种高频噪声源建立了完整的MOSFET器件高频噪声代数解析模型,对深亚微米MOSFET的噪声性能进行较为全面地评估,并验证了沟道热噪声是MOSFET的主要高频噪声源。 研究CMOS振荡器相位噪声模型。线性时不变分析、线性时变分析和非线性分析三种方法是研究振荡器相位噪声理论的主要途径。由于线性时变分析方法在预测CMOS振荡器相位噪声的准确度和易用性这两个方面作了很好地折衷,因此将首先被用作建立CMOS振荡器相位噪声模型的方法;然后将提出的深亚微米MOSFET热噪声模型引入CMOS振荡器相位噪声模型,进一步提高CMOS振荡器相位噪声模型的精确度;最后通过对脉冲敏感函数进行合理地简化,进而为CMOS振荡器设计者提供了方便使用的振荡器相位噪声模型。 研究CMOS振荡器噪声优化技术。本质上来说,CMOS振荡器内在的相位噪声主要来源于电阻和MOSFET的噪声,并经过调制作用转化成为CMOS振荡器的相位噪声。因此,从电阻和深亚微米MOSFET器件噪声分析以及CMOS振荡器相位噪声分析两方面入手,全面地分析CMOS振荡器的相位噪声机理,并且提出了CMOS振荡器噪声优化方法,为促进CMOS振荡器噪声性能奠定基础。 研究CMOS振荡器的电路结构。基于以上对深亚微米MOSFET器件噪声理论、CMOS振荡器相位噪声理论和CMOS振荡器噪声优化技术的研究,通过改变振荡器的电路结构和MOSFET器件类型的方法,提出低相噪环形振荡器的电路结构。 本文不仅研究了器件高频噪声对CMOS振荡器相位噪声的影响,而且也分析了低频噪声(例如闪烁噪声)模型,给出了一种经验表达模型,并定量地分析了低频噪声对CMOS振荡器相位噪声的影响。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TN752

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 霍嘉;徐玉朋;陈勇;崔苇苇;李炜;张子良;韩大炜;王于仨;王娟;;真随机脉冲X射线CCD信号发生器[J];核电子学与探测技术;2011年02期
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 霍嘉;随机数发生器的设计与研究[D];西安科技大学;2010年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前4条
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2 王博,郭林;CMOS环形振荡器的噪声分析[J];微电子学;2003年03期
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4 高明伦,胡永华,李丽;深亚微米芯片设计中相位噪声的讨论[J];微电子学与计算机;2002年09期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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7 卢峰;薛正辉;任武;李伟明;;基于ADS的接收机射频前端电磁兼容性能研究[A];2013年全国微波毫米波会议论文集[C];2013年
8 李宁;;基于ADS的4 GHz低噪声放大器设计[A];2013年全国微波毫米波会议论文集[C];2013年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李蕾;UHF RFID单芯片读写器关键技术研究与设计[D];天津大学;2010年
2 刘畅;硅集成电感及CMOS射频集成电路研究[D];中国科学院研究生院(上海微系统与信息技术研究所);2002年
3 崔福良;蓝牙收发机中混频器电路和镜像抑制电路的分析与设计[D];复旦大学;2004年
4 王涛;高速低噪声锁相时钟恢复电路研究[D];复旦大学;2004年
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6 曹克;低电压低功耗CMOS射频低噪声放大器设计[D];清华大学;2005年
7 朱卓娅;锂离子电池管理芯片的研究及其低功耗设计[D];东南大学;2006年
8 陆平;应用于宽带数据通信的CMOS环振型频率综合器研究[D];复旦大学;2007年
9 李志远;MOS晶体管全区域噪声模型及其在低噪声运放设计中的应用[D];哈尔滨工业大学;2009年
10 刘林涛;无源器件和电感电容振荡器优化设计研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 栾吉强;基于活体生物机器人的无线搜救视频系统[D];哈尔滨理工大学;2010年
2 吕晨光;微波炉介质盘复介电常数的测量研究[D];电子科技大学;2011年
3 何韬;2.4G发射机小型化射频前端设计与实现[D];电子科技大学;2011年
4 童剑钊;微波晶体管低噪声放大器的设计与实现[D];西安电子科技大学;2011年
5 徐淑军;短波接收机射频前端电路设计与实现[D];大连海事大学;2011年
6 罗晚会;基于软件无线电的混合扩频发射机研究与实现[D];杭州电子科技大学;2011年
7 张振强;基于软件无线电的接收机系统研究与设计[D];杭州电子科技大学;2011年
8 陆潇琛;小型微波微等离子体功率源的研究[D];华东师范大学;2011年
9 杨帆;基于波概念迭代法的微波多层电路研究[D];兰州理工大学;2011年
10 王频;GPS接收机L_1波段下变频电路设计与研究[D];长安大学;2011年
【同被引文献】
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1 邓焕;金荣华;陈俊;谢磊;曾晓洋;郭亚炜;;基于振荡器的高性能真随机数发生器[J];固体电子学研究与进展;2007年03期
2 富洪玉,过雅南,赵棣新,宋宇;数字式随机脉冲产生器[J];核电子学与探测技术;2002年02期
3 杨一帆;崔苇苇;张子良;徐玉朋;汪锦州;高雯;陈勇;赵京伟;;SCD驱动及数据采集电路设计[J];核电子学与探测技术;2007年06期
4 霍文捷;刘政林;陈毅成;邹雪城;;一种基于FPGA的真随机数生成器的设计[J];华中科技大学学报(自然科学版);2009年01期
5 张润捷;;一种基于FPGA实现的真随机数发生器[J];中国集成电路;2008年11期
6 吴燕雯,戎蒙恬,诸悦,朱甫臣;一种基于噪声的真随机数发生器的ASIC设计与实现[J];微电子学;2005年02期
7 张亮;戎蒙恬;诸悦;吕永其;;基于混沌系统的真随机数发生器芯片设计和实现[J];上海交通大学学报;2006年03期
8 李惕碚;吴枚;;空间硬X射线调制望远镜[J];物理;2008年09期
9 辛茜,曾晓洋,张国权,郭亚炜;基于电阻热噪声的真随机数发生器设计[J];微电子学与计算机;2004年07期
中国硕士学位论文全文数据库 前7条
1 林立东;伪随机数发生器及其应用[D];暨南大学;2002年
2 杨柱;高速高性能数字物理噪声源的设计及其芯片实现[D];中国科学院研究生院(软件研究所);2003年
3 杨盛光;片上真随机数发生器的研究[D];合肥工业大学;2004年
4 张咏;随机数发生器和随机数性能检验方法研究[D];电子科技大学;2006年
5 王丽君;仿核信号的随机脉冲发生器技术研究[D];南华大学;2007年
6 罗佶;高速真随机数发生器设计与实现[D];电子科技大学;2007年
7 魏毅;基于电阻热噪声与振荡器的真随机数产生器设计[D];哈尔滨工业大学;2007年
【二级引证文献】
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1 马飞;刘琦;尹娜;万旻;;多通道CCD信号模拟器实现方法研究[J];电子测量技术;2012年09期
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 陈欢;资源受限情况下Rainbow的硬件优化设计[D];华南理工大学;2012年
2 左平;基于FPGA的仿核信号发生器的研制[D];成都理工大学;2013年
【相似文献】
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1 Roger Burns;;无线/手持设备中振荡器的发展趋势[J];今日电子;2007年03期
2 李波;吕坚;蒋亚东;;一种高精度数字可调片上振荡器设计[J];现代电子技术;2009年10期
3 张长源;;表征振荡器特性所用的实验方法[J];电讯技术;1976年02期
4 肖亮国;;反射型腔控振荡器[J];火控雷达技术;1982年04期
5 Raymond Scott;;能立即接通和同步关断的振荡器电路[J];电子设计技术;1997年02期
6 Roger Burns;新技术推进晶体和振荡器的发展[J];电子产品世界;2003年12期
7 赵茂泰,甘良才;一种分析非线性振荡器频率及振幅灵敏度的新方法[J];电子学报;2004年04期
8 汤炜;朱信刚;;微波超低相噪光电振荡器[J];半导体技术;2006年05期
9 王慧芳;陈程;徐祥柱;周泽坤;张波;;一种具有过流保护功能的振荡器设计[J];中国集成电路;2011年10期
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1 朱晓维;李嗣范;;光控振荡器的实验研究[A];1991年全国微波会议论文集(卷Ⅱ)[C];1991年
2 谢家德;;介绍一套改善耿氏振荡器频率温度性能的方法[A];1985年全国微波会议论文集[C];1985年
3 陈燕;马伟;崔万照;;一种基于零阶谐振器的新型振荡器仿真设计[A];2009年全国微波毫米波会议论文集(下册)[C];2009年
4 王磊;陈文娟;;一种运用迟滞的振荡器设计[A];四川省电子学会半导体与集成技术专委会2006年度学术年会论文集[C];2006年
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6 顾忠诚;;低相噪、高稳定Ku波段FET介质振荡器的研究[A];1995年全国微波会议论文集(下册)[C];1995年
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1 山东 毛兴武 编译;基于DC/AC变换器MIC4827的EL灯驱动电路[N];电子报;2008年
2 四川 温成宜 摘译;世界最古老的电子乐器——特里明琴[N];电子报;2008年
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1 曹舟;高性能微波毫米波振荡器研究与应用[D];电子科技大学;2011年
2 吕志强;CMOS振荡器噪声理论及优化技术研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
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1 胡乔;低压低功耗频率可调振荡器电路设计及仿真[D];电子科技大学;2011年
2 金广华;毫米波脉冲固态振荡器技术研究[D];电子科技大学;2001年
3 宋辉;W波段谐波振荡器的混合集成技术研究[D];电子科技大学;2009年
4 钟科;毫米波可变脉宽脉冲固态振荡器技术研究[D];电子科技大学;2005年
5 刘永星;3mm振荡器的设计[D];电子科技大学;2009年
6 张炜;一种具有外同步功能振荡器的设计[D];西南交通大学;2008年
7 陈会;3毫米稳频脉冲雪崩管振荡器研究[D];电子科技大学;2002年
8 应君;基于环形行波振荡器的全局时钟分布网研究[D];浙江大学;2006年
9 杨昌勇;CMOS射频正交振荡器设计[D];湖南大学;2009年
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