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微型机与应用 2012年第22期31卷 26-28,31页

作者：齐骋王亮凌朝东杨骁华侨大学信息科学与工程学院福建厦门361021

设计了一种基于源级耦合结构的正交二分频电路,由两个完全相同的源级耦合D触发器级联构成,交替工作于触发和锁存模式。对传统的源级耦合结构做了适当改进,采用动态负载,通过对PMOS管的开关控制很好地解决了电路工作速度和输出摆幅间的矛... 详细信息

设计了一种基于源级耦合结构的正交二分频电路,由两个完全相同的源级耦合D触发器级联构成,交替工作于触发和锁存模式。对传统的源级耦合结构做了适当改进,采用动态负载,通过对PMOS管的开关控制很好地解决了电路工作速度和输出摆幅间的矛盾;且时钟开关PMOS和NMOS采用不同直流偏置,便于低电源电压下直流工作点的选取。采用TSMC 0.18μm RF CMOS工艺进行仿真验证。实验结果表明,分频器在1.92GHz输入时钟频率下能正常实现正交二分频,有较宽的锁定范围,且在3V电源电压下功耗仅为1.15mW。

关键词：正交二分频源级耦合动态负载锁定范围

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高精度极低功耗压控振荡器设计

高精度极低功耗压控振荡器设计

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作者：吴铭豪北方工业大学

学位级别：硕士

无线通讯的发展推动了高性能、低功耗射频收发机的研究,同时也促进了锁相环的发展。压控振荡器作为锁相环的重要组成部分,其性能影响了锁相环乃至整个通讯系统的性能。压控振荡器作为提供本振信号的信号源,它的功耗是锁相环电路的主要... 详细信息

无线通讯的发展推动了高性能、低功耗射频收发机的研究,同时也促进了锁相环的发展。压控振荡器作为锁相环的重要组成部分,其性能影响了锁相环乃至整个通讯系统的性能。压控振荡器作为提供本振信号的信号源,它的功耗是锁相环电路的主要功耗来源,而其输出信号决定了锁相环电路的调谐范围、噪声性能。因此对高精度极低功耗压控振荡器的研究具有重要的意义与价值。本文面向低功耗锁相环应用,设计了一款高精度极低功耗压控振荡器,实现了低功耗条件下输出正交信号,且具有较好的调谐精度。本文主要做了如下工作:1.本文介绍了几种常见的振荡器结构与工作原理,分析了不同结构的优缺点。介绍了相位噪声理论,并对线性时不变与线性时变模型进行详细的分析探讨,在理论上为降低相位噪声提供了思路。2.基于传统C类LC压控振荡器结构进行改进,采用CMOS互补交叉耦合提升电流利用率,降低功耗;设计了一种栅极动态偏置电路使交叉耦合对管的栅极电压随着电路工作状态发生改变,解决C类振荡器的启动问题;采用电阻阵列与电流镜电路构成动态栅极偏置的启动电路,相比采用运放环路的启动电路更加适合低功耗应用,同时也省去运放环路引入的噪声。此外在可变电容阵列的设计上,通过两组可变电容并联使振荡器的调谐增益降低,提高了压控振荡器的调谐精度。3.本文在传统电流模逻辑分频器结构上改进了正交二分频电路,该电路使用有源电阻减小版图面积,并省去了尾电流MOS管以降低工作电压从而减少功耗。本文基于TSMC 40nm CMOS工艺完成了电路与版图的设计,并完成了后仿真验证。在0.8V电源电压下,压控振荡器可以在各个工艺角下稳定起振,且tt工艺角下振荡器输出经过正交二分频后的振荡频率范围为2.337～2.634GHz,调谐增益为61MHz～79MHz/V,能完全覆盖2.4GHz的目标频点,并且在该工作频率的相位噪声为-122.28d Bc/Hz@1MHz,整体功耗为0.871m W。

关键词： C类压控振荡器低功耗相位噪声动态偏置正交二分频

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面向物联网应用的低功耗压控振荡器设计

面向物联网应用的低功耗压控振荡器设计

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作者：顾博东南大学

学位级别：硕士

物联网技术正在加速对现代生活方式产生深刻影响。在物联网技术的大潮下,Wi Fi、蓝牙和Zigbee等基于工业、科学、医疗（Industrial Scientific Medical,ISM）频段的短距通信技术在终端应用场景中发挥着重要作用。相应地,对低压、低功耗... 详细信息

物联网技术正在加速对现代生活方式产生深刻影响。在物联网技术的大潮下,Wi Fi、蓝牙和Zigbee等基于工业、科学、医疗（Industrial Scientific Medical,ISM）频段的短距通信技术在终端应用场景中发挥着重要作用。相应地,对低压、低功耗、高质量射频收发机的需求也快速增长,同时促进了高性能锁相环（Phase Locked Loop,PLL）和频率综合器的发展。作为PLL的重要组成部分,压控振荡器（Voltage Controlled Oscillator,VCO）提供本振信号,对通信系统整体性能有着重要影响。因此,低功耗、低相噪压控振荡器的研究,具有重要的学术意义和工程实用价值。论文面向物联网通信的应用,设计了一款适用于ISM频段射频收发机的低功耗压控振荡器。为了减轻片内功放（Power Amplifier,PA）频率牵引的影响,压控振荡器核心电路工作4.8GHz～5GHz处,而后级联正交二分频电路经缓冲放大后输出本振信号。论文在深入研究传统压控振荡器结构和相位噪声机理的基础上,对C类压控振荡器进一步创新,设计了一种双路反馈结构。该结构通过比较压控振荡器输出信号谷值和尾电流源过驱动电压并进行反馈,自适应调整交叉耦合管的耦合电压,实现了动态直流偏置。与传统结构相比,该改进结构进一步提升了晶体管的导通效率,同时降低了功耗和相位噪声,且具有更好的工艺、电压和温度（Process Voltage Temperature,PVT）鲁棒性。为了避免间歇振荡,本文在合理近似后对大信号下电路的稳定性进行了分析,并对分析结果进行了仿真验证,保证了电路的可靠性。同时,本文在传统电流模逻辑（Current Mode Logic,CML）的基础上,改进了传统的高速二分频电路。该电路通过在传统结构中增加少量晶体管,在有效改善上升和下降时间匹配的同时可以降低电路功耗,提升输出摆幅。此外,还完成了基于二分法的自动频率校准（Automatic Frequency Calibration,AFC）电路的设计并在相关平台下进行了验证。本文设计的压控振荡器原型在TSMC 40nm CMOS工艺下完成了设计和版图后仿真。仿真结果表明,在0.8V电源电压下,本文所设计的压控振荡器能正确产生正交2.4～2.5GHz信号,相位噪声小于-121d Bc@1MHz,功耗约1m W。应用该电路设计的锁相环及收发机芯片已进行了初步的流片验证,结果表明电路功能正常,锁相环整体带外噪声为-116d Bc@1MHz,满足物联网通信的应用需求。

关键词：压控振荡器低功耗相位噪声双路反馈正交二分频

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