一种采用开关阶跃电容的压控振荡器（下）电路设计和实

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1、第26卷第11期半导体学报Vol.26No.112005年11月CHINESEJOURNALOFSEMICONDUCTORSNov.,2005一种采用开关阶跃电容的压控振荡器(下):3电路设计和实现唐长文何捷闵昊(复旦大学专用集成电路与系统国家重点实验室,上海200433)摘要:为了验证阶跃可变电容压控振荡器调谐特性理论分析的正确性,提出了一种采用开关阶跃电容的新型压控振荡器电路,该压控振荡器电路采用0125μm1P5MCMOS工艺实现.一种新型开关阶跃电容实现了频率调谐功3能,该电容的调谐电容是传统反型MOS管可变电容的146%.在1/f

2、区域,差分调谐振荡器的相位噪声比单端调谐振荡器低7dB.在载波频率偏差10kHz,100kHz和1MHz处测得差分调谐时的相位噪声分别是-83,-107和-130dBc/Hz,功耗为816mW.关键词:阶跃可变电容;MOS管可变电容;开关阶跃电容;电感电容压控振荡器;振荡调谐曲线;周期计算技术EEACC:1230B中图分类号:TN4文献标识码:A文章编号:025324177(2005)1122182209[2]关电容电路,如图1(a)所示.当开关Mswitch的栅极1简介电压Vctrl>Vthn时(通常Vctrl=Vdd),开关Mswitc

3、h导根据采用阶跃可变电容的电感2电容压控振荡通,接入X点的电容为Ca;当栅极电压Vctrl

4、],电容差Ca+Cd电容来实现电感2电容压控振荡器的频率调谐功能.为本文的结构如下:第二部分详细分析新型开关CaCdΔCSC=Ca-(1)阶跃电容的C2V曲线和品质因数;第三部分论述差Ca+Cd分调谐压控振荡器的电路实现;第四部分给出了压开关电容的品质因数近似为QcD1/ω0RonCa,控振荡器的测试结果,验证了采用阶跃可变电容的其中ω0为中心频率,Ron=L/WμnCox(Vgs-Vt)为振荡器调谐特性理论分析的正确性;最后一部分是开关管导通电阻[3].因为电感2电容谐振回路的品质本文的结论.因数主要是受到片上电感的品质因数的制约,片上电

5、感的品质因数一般为5～10,片上可变电容的品2开关阶跃电容质因数通常大于20.因此通过合理选择开关管的W和L尺寸,我们可以得到一个适中的开关电容品质2.1开关电容和I2MOS可变电容因数Qc,同时尽量降低开关管的寄生电容Cd.MOS管开关Mswitch和MIM电容Ca构成了开开关电容中的开关MOS管也可以单独构成一3上海市科学技术委员会(批准号:037062019)和上海市应用材料研究与发展基金(批准号:0425)资助项目唐长文男,1977年出生,助理研究员,主要研究方向为低相位噪声电感2电容压控振荡器和CMOS射频电视调谐器.何捷男,19

6、78年出生,博士研究生,主要研究方向为全集成射频频率综合器设计.2005201210收到,2005206215定稿Z2005中国电子学会第11期唐长文等:一种采用开关阶跃电容的压控振荡器(下):电路设计和实现2183通过合理选择开关管的W和L尺寸,使得开关电容品质因数Qc比片上电感品质因素Q1大一些,同时尽量保证开关管的寄生电容Cd比较小.开关阶跃电容的C2V特性如图3(b)所示.当电压差VX-Vctrl

7、当电压差VX-图1开关电容(a)开关电容电路;(b)开关电容的C2V特Vctrl≥Vthn时,开关管导通,沟道处在反型区.MIM性电容Ca与MOS管沟道电阻Ron串联,Mswitch管电容Fig.1Switchedcapacitors(a)Switchedcapacitor为CI2MOS,max.这样开关阶跃电容的C2V特性满足topology;(b)C2VcharacteristicCaCdCI2MOS,min+,个反型MOS管可变电容.图2(a)为两个背靠背I2Ca+CdMOS可变电容,它的C2V特性如图2(b)所示,可以C(VX-Vc

8、tr1)=VX-Vctr1