【摘 要】
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随着近年来移动通信技术的飞速发展,世界已逐步进入5G与物联网时代,对无线通信系统的性能也提出了更高的要求。锁相环频率综合器作为无线收发机的心脏,为整个无线通信系统提供稳定的本振及时钟信号,对无线通信系统的综合性能有着重要的影响。与此同时,随着半导体制造工艺的进步,集成电路面积和电源电压裕度不断减小,为数字电路技术提供了更广阔的应用前景。因此对高性能数控振荡器的研究顺应未来通信技术的发展趋势,具有非
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随着近年来移动通信技术的飞速发展,世界已逐步进入5G与物联网时代,对无线通信系统的性能也提出了更高的要求。锁相环频率综合器作为无线收发机的心脏,为整个无线通信系统提供稳定的本振及时钟信号,对无线通信系统的综合性能有着重要的影响。与此同时,随着半导体制造工艺的进步,集成电路面积和电源电压裕度不断减小,为数字电路技术提供了更广阔的应用前景。因此对高性能数控振荡器的研究顺应未来通信技术的发展趋势,具有非常重要的研究意义。本文重点分析了数控振荡器的相关知识和电路结构,充分总结了国内外研究的经验,基于40nm CMOS工艺设计了一个工作在毫米波E波段、具有宽调谐范围和高调谐精度的数控振荡器。本文的主要工作可以总结如下:基于电磁场理论,借助电磁仿真软件对电感、变压器等无源器件进行了三维物理建模和仿真优化,设计了在毫米波频段拥有准确性能参数的片上无源器件;设计了频率粗调、中调、精调三级电容调谐电路,利用并改进了数控人工电介质（Digitally Controlled Artificial Dielectric,Di CAD）差分传输线技术,来构建振荡器的频率粗、中调电路;使用片上变压器耦合多级C-2C型电容阵列作为频率精调电路;深入研究了振荡器相位噪声的来源和分析模型,使用了多种相位噪声优化方法来提升数控振荡器的噪声性能。本设计最终完成了数控振荡器电路原理图和版图的设计,进行了基于版图的电路仿真,并给出了对仿真结果的分析与对比。后端仿真结果显示:所设计的数控振荡器工作频率范围为80.45GHz～88.27GHz,相对带宽9.27%;数控振荡器能实现的最高调谐精度约为220k Hz;在最低工作频率80.45GHz下,1MHz频偏处的相位噪声为-91.68d Bc/Hz。数控振荡器核心电路的版图面积为0.262mm×0.066mm,包含焊盘的版图总面积为0.536mm×0.462mm。
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