低相位噪声、低功耗CMOS压控振荡器设计

作     者：李英男 

作者单位：天津大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张齐军

授予年度：2019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 相位噪声 功耗 双核 电流复用 F类 互补结构 

摘      要：压控振荡器是无线通信系统、雷达系统收发机的重要组成部分。其性能的优劣在一定程度上决定了整个系统的功能。尤其是相位噪声和功耗,它们直接影响了评估振荡器整体性能的质量因数的大小,是设计压控振荡器的重要指标。本文针对“低相位噪声、低功耗CMOS压控振荡器的设计这一课题展开具体的研究。主要工作包括:（1）针对近二十年来发表的基于电感电容的压控振荡器相关的重要文献进行了文献综述。这部分对基于电感电容的压控振荡器的主要性能指标如相位噪声、频率调谐范围、功率消耗等进行了理论分析,并将针对不同指标参数而提出的性能改进的方法和技术进行了分类总结。最后,分析了振荡器的性能发展趋势。（2）适用于调频连续波雷达系统的低相位噪声、低功耗连续调谐双核压控振荡器的设计。通过双核结构,在保证了较宽的连续频率调谐范围的同时降低了相位噪声。通过中心抽头变压器耦合缓冲放大器的电流复用技术解决了双核振荡器的高功耗的问题,实现了双核压控振荡器质量因数的改善。同时大幅提高了输出功率,实现了功率效率的大幅提升。该电路采用GF 55 nm CMOS工艺设计,使用仿真软件进行联合仿真,完成了电路原理图的调试和版图的设计。（3）低相位噪声、低功耗互补F类压控振荡器的设计。该结构通过变压器耦合辅助谐振腔,通过其附加的阻抗峰值增加了基波的三次谐波,在电感电容谐振腔附近形成了伪方波电压波形,增加了信号斜率并减小了脉冲灵敏度函数,从而降低了振荡器的有效噪声因子,结合互补结构,最大程度的降低了振荡器的相位噪声和功耗,实现了目前K波段压控振荡器的最大质量因数。该电路采用GF 55 nm CMOS工艺设计,使用仿真软件进行联合仿真,完成了电路原理图的调试和版图的设计。