文档介绍：上海交通大学
硕士学位论文
低相噪宽带CMOS集成电感电容压控振荡器的分析与设计
姓名:张俊波
申请学位级别:硕士
专业:电路与系统
指导教师:周玉洁
20080101
低相噪宽带 CMOS 集成电感电容压控振荡器的分析与设计摘
要
低相噪宽带 CMOS 集成电感电容压控振荡器的分析与设计
摘要
近几年无线通信系统的快速发展推动了低成本、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、混频器以及中频滤波器等都能
够片上实现。无源器件——特别是片上电感和可变电容的品质的提高使
得本机振荡器的单片集成也成为了可能。
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
出的研究了压控振荡器设计中的许多关键技术。论文首先介绍了压控振
荡器的一般原理,对基于反馈系统和基于负阻能量补偿的两种振荡器分
析方法进行了系统总结。LC 谐振回路是片上电感电容压控振荡器的最
重要组成部分,我们重点就谐振回路中无源器件的片上实现进行了讨
论,包括片上电感与可变电容的实现,并着重介绍片上平面螺旋电感的
性能特点。相位噪声是振荡器设计中最为重要的性能指标之一,论文中
我们系统总结了两种常用相位噪声模型:线性时不变模型及其 Lesson 改
进模型与相位线性时变模型,为低噪声压控振荡器的设计优化奠定了坚
实的理论基础。相对于窄带 VCO,超宽带 VCO 设计更加困难,这主要
体现振荡频率的变化会给 VCO 性能带来一些不利影响,甚至可能导致
不能正常工作。因此,我们还探讨了超宽带压控振荡器设计过程中的两
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低相噪宽带 CMOS 集成电感电容压控振荡器的分析与设计摘
要
个比较关键的设计考虑:首先介绍起振条件的频率相关特性,然后介绍
振荡幅度的频率相关特性。随后,我们马上给出了一个设计实例,采用
互补型交叉耦合全差分 LC VCO 作为核心电路,通过二进制 MIM 电容
阵列和 MOS 可变电容分别对频率进行粗调和细调,在 TSMC μm RF
CMOS 工艺下的实现了 ~ 范围频率覆盖,电流消耗仅仅 3mA
左右,并且具有不错的相位噪声性能。最后我们还讨论了超宽带 VCO
的应用层面的问题,介绍了自适应频率校准的思路以及 AFC 模块的详
细定义,并给出了一个宽带 VCO 的 veriloga 模型。
关键词:VCO,RF CMOS,相位噪声,螺旋电感,MOS 可变电容,谐
振回路
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Analysis and Design of Low PhaseNoise Wide Tunning Range Fully Integrated CMOS LC VCO ABSTRACT
Analysis and Design of Low Phase-Noise Wide Tuning-
Range Fully Integrated CMOS LC VCO
ABSTRACT
The explosive growth in munications has driven universities
panies to produce wireless transceivers at low-cost, low-power, and
compact size. Recently, all of ponents, such as low-noise amplifiers
(LNA), mixer, local oscillators (LOs), and IF filter, 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 VCO
feasible.
In this thesis, the theory and design methodology of LC VCO are studied,
and many key techniques in circuit implementation are discussed in a simple
way. First of all, the foundations of oscillator’s physical mechanism are
briefly introduced. The