东南大学射光所-关于VCO张博士总结.doc

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1、VCO设计总结By张长春射光所2009.07确定VCO的TuningRange确定TuningRange，一般是通过调节谐振回路中的电容值来实现，可以先使用开关电压控制开关电容实现coarsetuning，再使用连续电压控制可变电容finetuning。进行Sparameteranalysis仿真得到电容随控制位变化曲线，再结合电感值根据谐振频率的公式，使用calculator可以plot出来谐振频率随控制位的变化曲线。关于开关电容阵列开关电容阵列的设计一般采用binary进制的设计方法，但是在实

2、现时最好将bin码转换成thermal码以实现类似于DAC的控制方法，这样做可以最大化的降低DNL的影响。测量谐振回路谐振频率的方法对于一个电感电容值不能确定的谐振回路，可以使用一个设定ACcurrent的idc并联在谐振回路两端，进行ACanalysis仿真plotACresponsefigure，其中magnitude最大值对应的横坐标即为谐振回路的谐振频率。采用尾电流源偏置VCO电路中的flickernoise对于全差分结构的VCO，交叉对管的flickernoise可以得到有效的抑制，但是

3、由于尾电流源管的非差分结构及其与交叉对管存在混频机制，可以将直流附近的flickernoise上载频到自身的二倍频上，再与交叉对管下混频至基波附近贡献相位噪声。对于电流一定的管子降低flickernoise的有效办法就是增大管子的长度，理想公式告诉我们flickernoise与管子长度的平方成反比关系。尾电流管的flickernoise与电源噪声对VCO相位噪声的影响机制是一样的，都是自上而下（PMOScurrentmirror）在谐振回路两端产生分压，再对谐振回路中的可变电容（包括MOS管寄生的

4、）进行PM调制产生相位噪声。尾电流管和电源噪声的减小是有极限的，通常情况下在noisesummary中独占鳌头的就是电流镜中较小的那一个。既然源头不能控制，就只能尽量减小AM至PM的转化了，特别是MOS管的寄生可变电容。我们可以采用反偏的二极管连接的MOS管与交叉耦合管并联的方法，利用栅源反接的CV特性来抵消交叉管的寄生可变电容。这样做不仅可以降低尾电流管对相位噪声的贡献，同时也减小了电源的pushing。关于电流限制区CMOSVCO比P/NMOSVCO更容易进入电流限制区。因为CMOS管本身增益

5、就加倍，输出摆幅也就增大。但是理想条件下留给CMOS的最大摆幅也就是电源到地，而不像P/NMOSVCO的直流偏置点可以是地/电源。在保持输出摆幅合理的条件下，增益增加就意味着要减小偏置电流，这样在输出波形接近电源和地的时候PMOS和NMOS管的开关效应就会更加明显。这样交叉耦合管的varactor特性也就显现出来，使交叉耦合管成为phasenoise的主要贡献力量，解决这个问题最简单的方法就是减小交叉耦合管的面积了，同时要尽量保持PMOS和NMOS的上下对称性。关于相位噪声与功耗相位噪声总是和功耗

6、成反比，这也是VCO设计中最主要的折中。如果要设计一个高性能的VCO，就需要降低交叉管子的宽长比或故意降低谐振回路的Q值以吸取更多的电流，这样相位噪声就会优化，功耗增加；反之，要设计一个低功耗的VCO而对相位噪声性能要求不是很高的话，就采取相反的方法设计。恼人的电源噪声一般VCO的PSRR不会太好，要命的电源噪声就会趁虚而入。所以设计一个同时满足高PSRR和低噪声的LDO就十分重要了，高PSRR和低噪声也就是LDO设计的折中。同时LDO对VCO负载要小，以防VCO的输出波动负载到LDO的输出上。