1.6GHz3.2GHz 0.18μm CMOS宽带低噪声压控振荡器设计

作     者：周功孩 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：曾亦可;张科峰

授予年度：2013年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 

主      题：压控振荡器 宽带 低相位噪声 开关电容阵列 自动幅度控制 自动频率控制 

摘      要：压控振荡器(Voltage-Controlled Osillator，VCO)作为射频收发机的核心模块，产生本地振荡信号，实现射频信号的频谱搬移和信道选择，其调谐范围和相位噪声性能决定了接收机的工作频率以及信号选择性和灵敏度，又由于CMOS器件具备高闪烁噪声特性，使得基于CMOS工艺的宽带低噪声VCO设计成为现代无线通信系统中研究的热点和难点。 在单片系统集成且兼容多种无线通信协议的通信系统发展趋势下，对VCO的设计提出了越来越高的要求，本论文正是在这样的背景下研究设计了1.6GHz.2GHz0.18μm CMOS宽带低噪声VCO。论文首先总结了VCO的研究现状和发展趋势，简要介绍了VCO基本原理与相位噪声理论，最后重点阐述宽带低噪声VCO的设计步骤与研究要点。本课题采用互补型交叉耦合结构实现电路振荡功能，并采用6位电容阵列划分64个子频带，降低频率增益且增大调谐范围。同时，本课题还采用自动幅度控制电路(AAC)，利用峰值检测器检测VCO输出信号峰值，反馈调节尾电流管偏置电压，保证VCO输出幅度在全频段保持稳定，使VCO偏置在最佳工作点，提高相位噪声性能。为降低VCO电路PVT效应，加快锁相环(PLL)锁定速度，本课题还利用数字电路设计自动频率控制模块(AFC)，采用二分法快速搜索最佳工作频带。最后对LC VCO电路进行版图设计。 本课题采用TSMC0.18μm1P8M RF CMOS工艺对电路进行仿真验证，仿真结果表明，VCO调谐范围达到1.52GHz.43GHz，调谐率大于77%，在全频段范围内相位噪声性能在中心频率3.2GHz时为-119dBc/Hz@600kz。仿真结果还表明，自动幅度控制电路将VCO输出幅度稳定在1V，使幅度变化率降低90%。利用Spectre-Verilog仿真器进行AFC和PLL的数模混合仿真表明，自动频率控制模块使锁相环频率粗调时间小于6μs。