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基于CMOS工艺10GHz压控振荡器的研究设计与实现

于杰  
【摘要】:压控振荡器(VCO)作为锁相环(PLL)的关键组成部分,广泛应用于移动电话和导航终端等通信设备中。其功耗、相位噪声、调谐范围等性能参数对整个无线通信系统的性能有着重要的影响。随着无线通信技术的蓬勃发展和微电子技术的进步,VCO已广泛集成在射频集成电路(RFIC)中,CMOS射频集成电路以其成熟的工艺、低功耗、低成本的特点,已经成为射频集成电路的发展趋势。如今RFIC正向着小尺寸、低成本、低功耗、高频率的趋势发展,采用CMOS工艺设计高性能的集成VCO已经成为RFIC中极具挑战性的研究课题,具有重要的现实意义。论文首先介绍了VCO的发展历史和研究现状,分析了VCO的工作原理及实现方式。其次介绍了相位噪声的概念,深入研究了相位噪声的三种主要模型,解释了不同区域的相位噪声成因,总结和对比了相位噪声优化的一些方法。最后提出了一款低相位噪声、高线性度增益LC VCO的设计方法,电路采用可变电容阵列来提高调谐增益的线性度,通过尾电流管噪声优化、大电容滤波等措施来降低相位噪声。本文的LC VCO芯片采用TSMC 0.18um CMOS工艺,利用Cadence软件进行电路设计、版图设计、寄生参数提取和仿真。仿真结果表明输出频率的调谐范围为9.79~10.61GHz,8个子频带的调谐增益变化范围为128-170MHz/V,电源电压1.8V时,电路消耗6.2mA电流。当频率为10.2GHz时,频偏100KHz处的相位噪声为-91.9dBc/Hz,频偏1MHz处的相位噪声为-113.8dBc/Hz。


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