高频双带CMOS LC正交压控振荡器设计

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1、高频双带CMOSLC正交压控振荡器设计摘要压控振荡器(vco)是一种振荡频率随外加控制电压变化的振荡器，是频率产生源的关键部件。由于现代射频系统特别是无线通信系统的设计，迫于低压、低功耗、小体积、低成本的压力，直接变频接收机(DCR)这一电路结构引起了学界和工业界的关注。正交压控振荡器(QVCO)是直接变频接收机中的关键部件，应用标准CMOS工艺，设计出高工作频率、宽调谐范围、低相位噪声和低功耗的VCO集成电路已成为当前集成电路设计界的热点。本文详细分析了LC交差耦合VCO工作原理，就VCO的相位噪声模型作了深入探讨，并全面阐述了硅基片上电容和电感的优化设计策略

2、。在此基础上，设计了一款新型的高频、双边带、宽调谐范围、低相位噪声和低功耗的正交压控振荡器。本设计基于CMOS工艺，通过对两个相同的LC振荡器进行交差耦合，实现了相位差为90度的精准正交正弦波输出。其频率调节方式不再依赖于变容管，采用电压控制两振荡器之间的耦合系数对振荡频率进行微调，再通过开启和关闭一对MOS电容来实现在两个不同频带间的转换，大大增加了输出频率调节范围，输出幅值也能保持稳定。采用Cadence的Spectre工具对电路进行仿真，当VDD为1．8V时，其输出频率可在1．78GHz"--4．03GHz之间变化，调频范围约为77oA；其1MHz频偏处的

3、相位噪声为一120dB／Hz(2GHz)和一104dB／Hz(4GHz)，其特性满足了高频、宽带、低相位噪声的设计要求。本文最后采用Cadence公司的VirtuosoLayoutEditor工具设计了QVCO的整体版图。关键词：压控振荡器；正交；相位噪声；调频范围：交差耦合Ⅱ硕士学位论文AbstractVoltage—controlledoscillator(vco)，whichoutputsfrequencycontrolledbyvaryingvoltageisakeycomponentinfrequencygenerator．Increasingpres

4、sureforlowpower，smallvolume，lowcost，andreducedbillofmatetrialsinsuchradioapplicationsasmobilecommunicationshasdrivenacademiaandindustrytoresurrecttheDirectConversionReceiVer(DCR)．ThedesignofVCOintegratedcircuitusingstandardCMOStechnicswithhignfrequency,widetuningrage，lowphasenoiseand

5、lowpowerhadbeenthegoaloftheICdesignindustry．Inthispaper,theprincipleofLCcross-coupledVCOhadbeenparticularlyanalysed，themodelofVCO’Sphasenoisehadbeenlucubrated，andtheoptimizeddesignstrategyofCMOScapacitanceandinductancehadbeencomprehensivelyexpatiated．basedontheseanalysis，anewCMOSQuad

6、ratureVCO(QVCO)withhignfrequency,dualband，widetuningrage，lowphasenoiseandlowpowerhadbeendisigned．ThedesignofthenewquadratureVCOisobtainedthroughacross-coupleddoubleLCoscillator，usingthecouplingcoefficienttocontroloscillationfrequency．BecauseofthefrequencycontrolnolongerdependedonMOSv

7、aractors，thetuningrangeofoscillationfrequencyhadgreatincreased．ThecircuitwasdesignedbyTSMC18rfCMOSprocess，andsimulatedbyCadenceSpectre．TheresultsindicatedthatwhenVDDisequalto1．By,thefrequencyrangedfrom1．78GHzto4．03GHz，andtuningrangewasabout77％．Thephasenoiseis-120dB／Hzat1MHzoffsetfort

8、heoscillatio