【摘 要】
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压控振荡器(Voltage Controlled Oscillator,VCO)是收发机的核心器件,功能是为变频过程提供本振信号,本振信号的相位噪声直接影响整个系统的信噪比。同时振荡电路也占据了整机相当大的功耗,VCO的低相噪、低功耗设计近年来始终是研究的热点。本文对VCO的理论模型、结构分析和优化方法展开研究,基于GF 130nm的CMOS工艺设计了一款VCO,两款QVCO,主要研究内容和创新点
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压控振荡器(Voltage Controlled Oscillator,VCO)是收发机的核心器件,功能是为变频过程提供本振信号,本振信号的相位噪声直接影响整个系统的信噪比。同时振荡电路也占据了整机相当大的功耗,VCO的低相噪、低功耗设计近年来始终是研究的热点。本文对VCO的理论模型、结构分析和优化方法展开研究,基于GF 130nm的CMOS工艺设计了一款VCO,两款QVCO,主要研究内容和创新点如下:1、研究C类VCO的工作原理和性能指标,对比分析各种C类VCO的实现方法,采用基于体偏置的幅度控制电路完成了 VCO工作模式的自动转换。经Cadence平台的仿真与优化,最终的版图仿真结果显示VCO中心频率为10.5GHz,相对调频范围9%,直流功耗为1.8mW,相位噪声为-109dBc/Hz@1MHzoffset。FoM 可达 191dBc/Hz,在低功耗设计的基础上达到了良好的相位噪声与调频性能。2、提出一种结合C类VCO核心与衬底耦合技术的低功耗设计方法,推导了衬底耦合网络的等效注入电流的表达式,基于推导表达式的QVCO优化结果显示,本设计提出的QVCO中心频率为10.5GHz,直流功耗为2.5mW,相对调频范围,相位噪声为-115dBc/Hz,FoM达到191.4dBc/Hz,更适合需要低功耗的应用场景。3、对正交压控振荡器的工作原理进行研究,采用了串联耦合网络与跨导线性化技术,设计高精度、低相噪QVCO,在提高电压摆幅的同时降低了串联耦合对相位误差的影响。QVCO的仿真结果表明中心频率9.36GHz,相对调频范围5%,直流功耗8.36mW,相位噪声为-119dBc/Hz@1MHz offset。最高 FoM 为 198.5dBc/Hz。
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