片上LC压控振荡器的研究和设计

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1、分炎号丛生多!TjD!』』2：主密级——学校代号学号7-．．78613910561200241000201025华南理工大学硕士学位论文片上Lc压控振荡器的研究和设计陈育林指导教师：挫堂i三数援麴型抖堂皇挂盔兰随申请学位级别：工堂塑：L专业名称：微鱼壬堂当固笠生王堂论文提交日期：!QQ§．Q§．Q!论文答辩日期：2005．06．08学位授予单位和H期：坐盘理王盍堂答辩委员会主席：!E12兰数i垒论文订阅人：盟坠毡疆塑逢鼠．直到氩超摘要近几年无线通信系统的蓬勃发展推动了低成本、低功耗CMOS无线收发机的研究与开发。同时CMOS工艺技术的不断进步，使得无线收发

2、机系统中大部分单元电路，如低噪声放大器(LNA)，混频器(~lixer)，本地振荡器(LocalOscillator)以及中频滤波器(IFFilter)等都能够集成在单片电路上。随着片上无源器件(片上电容和电感)的实现，使得电感电容振荡电路(LCOscillator)单片集成成为可能。LC压控振荡器是当今模拟射频集成电路甚至是数字集成电路重要的组成部分。例如在WLAN，GPS等无线收发系统的锁相环电路，在CPU系统中时钟产生器等等重要的电子系统，Lc压控振荡器都扮演及其重要的角色。本论文首先系统论述了片上LC压控振荡器的基础理论，包括振荡器的分析方法，LC

3、压控振荡器的电路形式，经典线性时不变相位噪声理论以及片上无源器件。然后基于这些LC压控振荡器的基础理论，提出了Lc压控振荡器的设计方案，这种设计方案的主要特点是将Lc压控振荡电路分割成无源损耗谐振电路和有源补偿电路，然后将两部分电路进行参数设计，使有源补偿电路能够对谐振电路补充足够能量，那样谐振电路就能持续地振荡下去。另外，在本文的设计分析中，采用了线性时变分析法而不是经典的线性时不变相位噪声理论对振荡器的丰日位噪声进行研究以及指导电路的设计。根据本文提出的LC压控振荡器的设计方案，我基于Charter．25umCMOS射频／混频信号工艺进行了LC压控振荡

4、器的电路以及版图的设计。在电路设计以及前端仿真时，我采用的是安杰伦(Agilent)的ADS仿真器，这是因为ADS的仿真是在频域上进行的，仿真速度特剐快，而且使用很灵活。但是Cadence的VirtuSO和SpectreRF在版图设计以及后端仿真上面的功能很强大，所以电路版图设计及后仿我都采用Cadence仿真工具。本文实现Lc压控振荡器电路的前端电路设计、仿真以及后端电路版图设计和后仿真。另外，本次LC压控振荡器设计的直流供电电压电路采用了二阶温度补偿的带隙基准源电路IP，该电路是作者一篇发表论文中提出的一种新型的带隙基准源电路，相比较传统的一阶温度补偿

5、带隙基准源电路，它能够实现二阶的温度补偿，从而提供更加精确的温度稳定系数。本文提出的LC压控振荡器的设计方案思想以及基于先进的设计工具所作片上【。c压控振荡器的包括无源元件和有源电路的电路设计、版图设计以及前后仿真，已经实现了除流片之外的全部设计工作。前仿的结果显示，在3V工作电压条件F，中心振荡频率为1．86Hz的LC振荡器，其调节范围为0～2V所对应的输出华南理1．人学硕士学位论文频率为1．68GHz～1．84GHz，压控增益为IOOMIIz／V，相位噪声仿真结果为]11dBc@lOOkHz和一】34dBc@1MHz。关键词：Lc压控振荡器，片上螺旋电

6、感，变容器，相位噪声，二阶温度补偿。Abstract’fheexplosivegrowthiriwirelesscommunicationshasdriyenuniversitiesandcompaniestoproducewirelesstransceiversatlow—cost．10w—power，andcompactsize．Recently，a11ofRFcomponents，suchaslownoiseamplifiers(LNhs)，mixer，localOSCillators(LOs)，andIFFilters．seempossibleto

7、beintegratedinCMOSscaledtechriology．On—chiPpassiveelementssuchasspiralinductorsandvaraetorsmakeon—chiPimplementationofLC—tankvoltage—controlledOSCilIators(VCOs)easy．LCVCOisoneofthemostimportantpartsinRF，AnalogandeyenDigjtalIC．Forexample，LCVCOiswidelyapp]iedinPLLsoftransceiversinWL

8、ANandGPS．Oritisalsousedintheclock