1.2ghz～2.1ghz+cmos压控振荡器（vco）的设计

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1、第一章绪论1．2论文的主要内容本课题研究的重点是设计一个能适用于数字电视调谐器专用芯片中上变频锁相环的CMOS片上VCO，以构成整个调谐芯片系统。论文按J!《=}提出问题、解决问题的方法进行组织，在设计时采用自顶向下、循序渐进的方式．并按J!《{相应的顺序设计中各个阶段进行说明。下面即论文工作所要做的主要内容。本文首先将对PLL进行简单介绍并由此引出片上VCO的概念及设计VCO时要考虑的重要指标。通过对儿类片上VCO的比较．课题选择了LCVCO作为基本拓扑结构并对一些常Hj结构以及重要无源器件——片上电感和交容二极管的特点进行了分析。为了实现宽带调谐。课题采_l{j了“切换式调谐”

2、来实现宽带调谐。在选择好核心拓扑结构后，根据需要确定总的模块组成，然后对各个模块的设计进行分析。文章将重点介绍如何通过建立器件模型进而建立VCO等效模型，最后确定设计变量．根据相应的设计变量，课题根据两种不同的模型对VCO电路的相位噪声进行了估计并作了分析。在分析完VCO电路后，文章对VCO其他相，芙L乜路进行了设计分析。其中包括输出驱动级电路(Buffer)、偏置电流控制电路、控制电压限制电路及数字控制电路。在电路设计分析完成之后，本课题使用Candence软件来完成各个模块的版幽设计井给出设计要点．最后将使用SynopsysStarHspice和CandenceSpectreR

3、F两种EDA软件对所设计的电路进行验证，对电路的响应及性能作出分析。1．3章节的安排在接卜来的章节里，将更深入的描述本课题中片上VCO的实现。第二章在介绍PLL与VCO的联系后，将着重讨论片上VCO的设计理论，包括VCO的设计指标、片上VCO的种类及其特点、以及本课题选用的LC振荡器的设计方法及电感、电容等相关无源器件的要求和设计要点。第二章将通过设计要求讨论宽调谐范围VCO的具体实现以及整个模块的组成结构。第四章将对所提出片上VCO主体电路的设计参数进行计算及优化，同时对其他各模块电路的i殳计进行分析。第五章将对整个模块版图设计的要点进行说明。在第六章，将对整个VCO部分各个模块

4、单独仿真及联合仿真的结果进行详细分析。最后论文将对本课题的研究I：作作一个简明扼要的总结并对今后的工作进行展望。东南人学硕士学位论文第二章VCO的设计理论本章将首先介纠PLL与VCO的联系，并提出片上VCO的设计指标．然后对片上VCO的种类及其特点作山分析后。选择了LCVCO作为基本拓扑结构，并对其常用结构进行了分析．指出了这些结构的特点．最后本章分析了片上LCVCO中片上电感和变容二极管的常州的结构及设计要点。2．1PLL与VCo．压控振荡器(VoltageConU'olledOscillator，简称VCO)是锁相环中的关键部分。顾名思义．它是一种输山振荡频率可通过控制电压进行

5、调节的一种振荡器。介纠VCO之前首先要提剑锁相环(Phase-lockedLoop。简称PLL)，它是一种通过对内部可控的振荡器进行控制，使输出信号的分频信号(也可不分频)的相位和参考信号的分频信号(也可不分频)的相位误差减少到最小。而两者的频率达到一致的电子伺服系统。锁相环的出现，对人类生活产生了重大影响。由于锁相环可用于滤波(频率调谐)、载波同步、时钟恢复、调制解调(调频调相等)、频率综合及数字集成电路的时钟同步等重要方面，如今锁相环模块已经j“泛应用在工业控制、无线通信和电子计算机等领域，成为高科。技产业汞1人类社会发展中不可或缺的一个部分。下面是经典的电荷泵锁相环的结构。图

6、2．1锁相环结构示意图从幽2．1中可以了解到一个锁相环系统一般是这样工作的：当电路开始启动时，VCO开始自由振荡，该振荡频率经分频器2分频后产生一个相对低频的信号，该信号与由晶振产生高精度的参考频率信号进行相位频率和相位的比较，产生两个信号之问的误著信号Q^(参考频率％相何超前则输出正的脉冲)、QB(参考频率名r相位落后则输出负的脉冲)，两个误差信号分别驱动电荷泵的上下电流(IUP．

7、DOWN)，I【JP对低通滤波器中的电容充电，抬高Vt处的电何．使VCO的振荡频率升高，而IDOWN的作用则与之相反，只要输出频率不锁定，鉴相器总会有设差信号输出来对VCO进行调制直至误筹为零，此时v

8、T将稳定在一个电位．VCO输出lPd定频率．环路锁定。总之，锁相环是一个频率的负反馈系统，假设分频器l的分频比为RI仍分频器2的分频比为N，则环路将虽终锁定在扁=昙·％汜-，』V‘在实际中．行不会这么理想，由于分频器、鉴相器及滤波器的特性将导致控制电压的低频小幅波动，有时候这个影响是很小的。从上面的说明可以得到，镳个环路中．输出频率是由VCO产生的，而正因为VCO输4第二二章VCO的设计理论出频率的电压可控性．才使电路能运作起来，井屉终锁定在所需的频率，当然这个频率必