cmos电感电容压控振荡器的研究

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1、杭州电子科技大学硕+学位论文摘要伴随着无线通信系统的蓬勃发展和深亚微米CMOS工艺技术的不断进步，高集成度，低成本的CMOS无线收发机不断朝着低功耗、小型化、多功能、多标准的方向发展，并取得了长足的进步。压控振荡器作为无线收发机的重要组成部分，它的相位噪声、功耗、调谐增益等性能指标对整个系统的性能都有着决定性的影响。与此同时随着通信事业的飞速发展，业界对无线收发机提出了越来越严格的指标要求。为适应越来越复杂的应用环境，设计出高性能的压控振荡器显得至关重要，这已经成为无线射频集成电路(IuIc)设计的一个重要课题。本文基于CMOS工艺研究设计了分别应用于2．4GHz及Q波段的压控振荡器。首先

2、，本文简单介绍了压控振荡器的研究背景及其国内外研究现状，概括了振荡器的基本电路理论和振荡器的主要性能指标。同时列举了几种常见的电感电容振荡器电路拓扑结构，分析了各电路的优缺点，并对它们的特性做出了分析和比较。然后，本文着重分析了压控振荡器最重要的性能指标一相位噪声，并对其产生机理进行了深入的探讨。对目前应用最广泛的几种相位噪声理论进行了详细地分析和总结，在理论分析的基础上提出了一些着实有效的降低相位噪声方法。最后，从实际的市场应用出发，设计了基于SMIC0．18panCMOS工艺的2~2．8GHz的宽带压控振荡器和基于IBM0．139mCMOS工艺的43．5-45．5GHz的窄带压控振荡器

3、。前者采用互补交叉耦合的对称结构，通过开关电容阵列实现了较宽的频率调谐范围和较低的调谐增益，通过一系列着实有效的降噪技术获得了较低的相位噪声，从而实现了较好的整体性能。仿真结果表明：在1．8V的工作电压下，振荡器的工作频率为2．4GHz，调谐范围为333％，整个频段内调谐增益均小于100MHz／V，功耗为8．3mW，相位噪声为．124．5dBc／Hz@lMHz，FOMT达到了193．5。考虑到Q波段电路设计的复杂性，后者仅采用交叉耦合NMOS结构，通过合理的器件参数设计及输出振幅、相位噪声、功耗等各项指标的折衷，最终使电路达到了不错的电路性能，同时自身也积累了丰富的超高频电路设计的宝贵经验

4、。仿真结果表明：在1．2V的工作电压下，振荡器的工作频率为44．5GHz，输出振幅350mV，相位噪声为．97．93dBc／Hz@1MHz。电路的蒙特卡罗仿真表明，中心频率落在设计的2G频带之内的概率超过80％。关键词：CMOS工艺，压控振荡器，开关电容阵列，蒙特卡罗杭州电子科技大学硕士学位论文ABSTRACTTheexplosivegrowthinwirelesscommunicationsandthedevelopmentofdeepsubmicronCMOStechnologyhavedrivenpeopletoresearchandproducewirelesstransceive

5、rsatlow-cost,low-powerandmore—standards．Voltagecontrolledoscillatorisanimportantcomponentofwirelesstransceivers，itsphasenoise，powerconsumptionandtuninggainhavegreateffectontheperformanceofthewholesystem．Atthesametime，astherapiddevelopmentofOUTbusinesscommunication，therequirementsofRFfront-endarehi

6、gherandhigher．Therefore，inordertoadapttothecomplexapplicationenvironment，howtodesignhighperformanceVCOisveryimportant，whichalsohasbecomeanimportantissueofwirelessRFintegratedcircuit(RFIC)design．Thispaperdesignsvoltagecontrolledoscillatorrespectivelyappliedin2．4GHzandQbandbasedontheCMOStechnology．F

7、irst，thebackgroundandcurrentresearchsituationofoscillatorareintroducedsimply．Thebasictheoryoftheoscillatorandtheperformanceindexarepresented．Atthesametime，severalcommonoscillatortopologiesarelistedforLCVCO，andthe