浅析LC振荡器中的噪声优化.pdf

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1、万方数据科技信■oIT论坛o2∞9年第13期浅析LC振荡器中的噪声优化孙海莉(西安铁路职业技术学院陕西西安710014)【摘要】LC振荡器在射频通信系统中。充当着极其重要的角色。因此对LC振荡器进行噪声优化显得尤为重要。本文在对LC振荡器初始务件的分析下．提出了优化策略。【关键词】cMos振荡嚣；Lc振荡器；噪声优化；谐振电压；频率Analy凼0fN幽ehLc0s咖a衙opⅡmizaⅡ仇lSUNHai—U’aa’蛐mm吼yV砌咖舯I&n娅nic砒hstnIIte，Ⅺ’蛐轴an斌7l帅14棚)【Ah出mct】LC∞cillat盯int

2、heItF唧muIlicationsystem，to$erveas批lextl屯melyimponantmIe．The阳fo坤，optimizalimIofI￡o∞iIlm∞∞i瞬isparticuI盯Iyimpo咖t．IntlIispaper't}Ieinitialconditi∞softlleU：o∞illat盯枷lysis，thepmp∞ed叩tinIizati∞smlte盱．【Keywords】CMOSo∞ilI鼬o—上。卵ilkItor；Noi∞叩timi蹦￡i伽；Res帆柚∞voltage；Freque眦y0．引言在射频

3、通信系统中Lc振荡器是重要组成部分，主要用在信号的上下变频的本机振荡器中。由于信号带宽要求的扩大。本机振荡器的频率纯度要求也就越来越严格。对于不同的应用背景．LC振荡器的性能要求是不一样的。手持设备的功耗是一个重要问题。故对于像GSM，WCDMA手机中的LC振荡器。如何做到低功耗是一个关键的问题。而像机顶盒中的电视调谐器就不存在功耗问题，它里面的LC振荡器设计对功耗要求就不是很严格，但是它的相位噪声要求比较高。因此在Lc振荡器的设计和优化中就存在许多挑战，许多参数和变量需要同时进行调节和优化。一般来说，对于Lc振荡器，振荡频率主要由

4、谐振电路决定，而功耗与频率的关系不大，因此可以为提高Lc振荡器相位噪声性能增加了选择性。1．初始条件对于LC振荡器．功耗、谐振电压幅度、频率调谐范围、起振条件以及电感外径大小都是经常关心的设计约束。1．1最大功耗约束对于一定工艺下的电源电压。最大功耗约束可以转化成最大电流约束。l≤l。(2—1)1．2谐振电压幅度与差分环形振荡器一样．LC振荡器的电压幅度不仅要求有一个最小值n。。，而且必须有n，一个最大值。％。一方面是锁相环中的前置分频器的需要。另一方面是振荡器相位噪声的要求；n。主要受振荡器的开关管处于电流受限区域的限制，从而使振

5、荡器的电压幅度不超过开关管的阈值电压值y一。n。≤(Z向)儡≤n，(2—2)1．3频率调谐范围频率调谐范围约束要求能够在中心频率上具有至少最小频率调谐范围的频率带宽：●工l：二≤——}工I：0≤÷(2—3)∞MZ∞m最小频率调谐范围可表示为扣咱，t)么，而p托，t》／2。1．4起振条件Lc振荡器的起振条件要求小信号回路增益至少要大于一个最小值‰。鲫l≥oc胁(通常o‰I_3)(2—4)1．5电感外径最大值为了使整个振荡器的面积不是太大。片上电感的外径往往有一个最大约束值。d≤d。(2—5)尽管其初始条件比环形振荡器的初始条件多．但是

6、由于Lc振荡器工作频率主要由谐振电路中螺旋电感和可变电容决定，反而增加了LC振荡器设计的游刃性。2．优化策略为了方便分析．将Lc振荡器的相位噪声重新表示：抛址l‰。f害．塑掣．(嘉)‘1(撕)、“(，Q)、叫’7在给定的工作频率下。增加振荡器偏置电流和品质因数．或者减小开关管和谐振电路等效并联电阻的噪声都可降低Lc振荡器的相位噪声。然而，实际情况是。由于设计条件的限制，不能无限地增加偏置电流和品质冈数，或者减小开关管和谐振电路等效并联电阻的噪声来提高LC振荡器的噪声性能。也就是说。需要折衷各个设计参量来尽可能达到最优噪声性能。由公式

7、(2—2)可知，Lc振荡器电压幅度最大值为开关管的阈值电压值yM，这相当于确定了偏置电流与谐振电路等效并联电阻乘积的最大值。因此，只要尽量增大偏置电流，就可降低差分环形振荡器的相位噪声。然而，Lc振荡器一般应用于无线通信系统中，无线通信系统由于自身的特性，往往要求其各个功能模块具有较小的功耗．因此LC振荡器的偏置电流不可能无限增大，即有一个最大值，如公式(2—1)。尽管如此，通过偏置电流和谐振电路等效并联电阻的数值调整，就可基本上确定了低相噪I￡振荡器的设计步骤。由于开关管的阈值电压和电源电压限制了开关管的栅源电压和漏源电压的变化，

8、因此无法通过调整开关管的偏置来降低开关管的噪声。但是．MOSn’T的噪声不仅与偏置条件有关，而且也与晶体管的尺寸有关，所以町通过调整MOSFET的宽长比来降低MOSFET的噪声。进而提高Lc振荡器的相位噪声性能。值得注意的是，调整开关