文档介绍：摘要
摘要
近几年无线通信系统的蓬勃发展推动了低成本、低功耗 CMOS 无线收发机的研究与开
发。同时 CMOS 工艺技术的不断进步,使得无线收发机系统中大部分单元电路,如低噪声
放大器(LNA)、混频器(Mixer)、本机振荡器(Local Oscillator)以及中频滤波器(IF Filter)等都
能够单片实现。无源器件(片上电感和可变电容)的片上实现问题的解决,使得本机振荡器的
单片集成成为可能。
本论文系统论述了电感电容压控振荡器的理论和实现,并且深入浅出地研究了压控振荡
器设计中的许多关键技术。
首先,本文简单介绍了压控振荡器的基本原理和振荡器的分类,对窄频带,宽频带,正
交输出电感电容压控振荡器的电路实现方式进行了系统总结。
我们研究了硅基集成螺旋电感的仿真,设计与优化。系统总结了电感仿真的三种方法;
提出了电感中金属间寄生电容等效模型,并且具体计算了两种硅基串联叠层电感的等效电
容;提出了两种提高电感品质因数的技术:金属线多通路并联和深阱反偏双 PN 结。
其次,针对压控振荡器的频率-电压压控曲线分析问题,从时间域角度,本论文对电感
电容谐振电路的周期计算方法在理论上进行了系统推导,阐述了阶跃可变电容能够进行频率
控制的本质,得到了一种计算频率-电压压控曲线的有效方法。仿真和测试验证结果表明该
方法计算的压控曲线与仿真和测试结果非常吻合。
接着,我们对三种相位噪声模型:线性时不变模型,非线性时不变模型和线性相位时变
模型,进行了系统分析和概括。我们详细分析了振荡器的内在振荡机制,总结了振荡器设计
和优化的一般步骤,提出了振荡器设计中片上电感的最小 RLs 设计原则。从线性时不变噪
声模型出发,计算了压控振荡器相位噪声的极限值,并系统总结了几种相位噪声降低技术,
提出了感性压控端降噪技术。
最后,根据数字电视调谐器中频率综合器的性能指标要求,详细论述了在 CSM µm
CMOS 射频/混合信号工艺上的两个电感电容压控振荡器的实现。
关键字:电感电容压控振荡器,片上螺旋电感,可变电容,电视调谐器,频率综合器,相位
噪声
电感电容压控振荡器 I
摘要
Abstract
LC Voltage-Controlled Oscillators
by
Zhangwen Tang
Doctor of Philosophy in Microelectronics
Fudan University, Shanghai,
The explosive growth in munications has driven universities panies to produce
wireless transceivers at low-cost, low-power, pact size. Recently, all of ponents, such
as low-noise amplifiers (LNAs), mixer, local oscillators (LOs), and IF Filters, seem possible to be
integrated in CMOS scaled technology. On-chip passive elements such as spiral inductors and varactors
make on-chip implementation of LC-tank voltage-controlled oscillators (VCOs) easy.
In this thesis, the theory and practice of LC VCOs are studied, and many key techniques in circuit
implementation were explained in a simple way.
First, this thesis briefly introduces the fundamental theory of oscillators and oscillator’s class. All
kinds of the circuit structures of narrowband, wideband, and quadrature-output LC-VCOs are also
presented.
The design, simul