一种低压低功耗的环形压控振荡器设计

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1、2010年6月第30卷第3期宇航计测技术JoumalofAstronauticMetrologyandMeasurementJun．，2010V01．30．No．3文章编号：1000—7202(2010)03-0053一【14中图分类号：TN752一种低压低功耗的环形压控振荡器设计文献标识码：A胡锦刘清波刘观承黑花阁(湖南大学物理与微电子科学学院，湖南长沙410082)摘要设计了一种低压低功耗的环形压控振荡器，它由电压电流转换(VtoI)电路及5级延迟单元(delaycell)组成。单位延迟单元采用改

2、进型差分结构，提高了上升及下降速度。同时总的延迟环路采用电容滤波技术，进一步改善了相位噪声性能。分析了环形VCO的相位噪声。电路采用SMICl3V33lP6MLOGIC工艺，电源电压为1．2V，仿真结果显示：VCO中心频率为350MHz，调谐范围为(200—500)MHz，谐振在350MHz时相位噪声位为一89．5dBc／Hz@10kHz，输出波形峰值为0．7V，功耗为1．2mw。该VCO可以应用于系统时钟锁相环中。关键词压控振荡器环形相位噪声TheDesignofRingVoltageControl

3、ledOscillatorwithLow--VoltageandLow·-Power--ConsumptionHUJinLIUQing·-boLIUGuan··chengHEIHua·-ge(CollegeofPhysicsandMieroeleetronicScience，HunanUniversity，Changsha，Hunan410082)AbstractAringVoltageControlledOscillator(vco)withlow—voltageandlow·power—consu

4、mptionispresented．TheVCOismadeupofoneVoltage—to-current—convertcircuitandfivedelaycells．Theunitdelaycelladoptsanimproveddeferentialstructuretoraisetheupanddownspeed．Thewholedelaycir-cuitadoptscaptor—filtertechnologytoimprovethephasenoise．Analyzedthephas

5、enoiseoftheringVCO．TheVCOcircuitisimplementedinSMICl3V331P6MLOGICprocesswithasupplyvoltageof1．2V．Thecen·terfrequencyis350MHzandthetunablerangeisfrom(200—500)MHz．Thephasenoiseis一89．5dBc／Hz@10kHzandtheconsumptionis1．2mwwhenthecircuitresonatesat350MHz．TheV

6、COcanbeusedinPLLofthesystemclock．KeywordsVCORingPhasenoise1引言无线通信系统和宽带的迅猛发展，特别是手持无线设备的普及，推动了对低成本、低功耗、高性能通信集成电路的需求。随着CMOS工艺的发展，压控振荡器作为无线通信系统中的一个核心模块，一直是人们研究的热点⋯。VCO被广泛应用于通信系统电路中，例如锁相环、频率合成器以及时钟产生和时钟恢复电路．常见VCO的实现形式有LC振荡器和环形振荡器。在LC振荡器中，片上集成电感一直是设计的难点，它既是LC

7、振荡器中相位噪声的主要来源，同时又占用了大量的版图面积，无疑大大增加了设计难度和成本。由于环形振荡器不需要电感，可以节省大量的芯片面积，从而设计简单，大大减少了成本，因此环形振荡器在时钟类型的应用以及中低频通信系统中得到广泛应用。同时通过一·54·宇航计测技术2010钽定的优化设计，环形振荡器能够实现低功耗、低相位噪声性能。本文设计了一种低压低功耗，且相位噪声优良的环形压控振荡器，并给出了其版图及后仿结果。2环形振荡器起振条件根据Barkhausen判据可知，振荡器起振的必要条件是环路增益必须满足下面

8、两个条件‘：】图1电压电流转换电路示意图踯卜南㈣丝：36arctan36。(4)-==。(4)南“(5)【√·+(等)2】3电路结构设计的VCO由电压电流转换电路及五级延迟单元组成的环路构成。图l为电压电流转换电路原理图。如图1所示控制电压Vcont连接到两个PMOS管的栅极转换成电流，为了减少寄生电容，这两个PMOS管的尺寸尽量小。转换后的电流经过两极共源共栅镜像、放大以提高电流镜匹配，使电压电流转换电路具有更好的线性度，优化噪声性能。最终电流经过大尺