本文選題：B類 + C類　； 參考：《中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：振蕩器作為無(wú)線通信系統(tǒng)中的最重要的模塊之一,擔(dān)負(fù)著頻率產(chǎn)生和時(shí)鐘參考的重要任務(wù)。在集成射頻收發(fā)系統(tǒng)中,振蕩器的相位噪聲會(huì)直接影響到接收機(jī)的噪聲系數(shù)和發(fā)射機(jī)的誤差向量幅度。因此,數(shù)十年來(lái),振蕩器的相位噪聲始終是射頻集成電路方向的研究熱點(diǎn)。 近年來(lái),隨著手持移動(dòng)設(shè)備的普及,低功耗電路設(shè)計(jì)的需求逐年增加。由于振蕩器是射頻收發(fā)系統(tǒng)中的一個(gè)高功耗模塊,如何實(shí)現(xiàn)一個(gè)低功耗且低噪聲的振蕩器成為了研究熱點(diǎn),這推動(dòng)了振蕩器能量效率研究的浪潮。在這其中,振蕩器的電流效率,因其和振蕩器輸出幅度、相位噪聲的密切關(guān)系,成為一個(gè)尤為令人關(guān)注的話題。 CMOS電感電容振蕩器因其在較低功耗下可呈現(xiàn)低相位噪聲的優(yōu)勢(shì)在通信系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。本文重點(diǎn)研究了電感電容振蕩器的相位噪聲和電流效率。尤其針對(duì)在學(xué)術(shù)界和工業(yè)界使用最廣泛的傳統(tǒng)B類振蕩器,本文給出了精確的電流效率模型和范圍。研究結(jié)果表明,在綜合性能指標(biāo)FoM的優(yōu)化點(diǎn)處,傳統(tǒng)B類振蕩器的電流效率范圍在0.60至0.85之間。這修正了廣為使用的假設(shè)——電流效率在所有B類振蕩器中為2／π。此外,論文將理論拓展到交流耦合的B類振蕩器和C類振蕩器。分析顯示,兩種B類振蕩器的電流效率相同,C類振蕩器的電流效率在0.85和1之間。 論文還詳細(xì)討論了電感電容振蕩器的相位噪聲行為,并將兩種線性相位噪聲模型與振蕩方程聯(lián)系起來(lái),揭示了其背后的機(jī)理。利用線性時(shí)變模型的脈沖敏感函數(shù),本文給出了適用于小幅度和大幅度的B類振蕩器相位噪聲模型。并結(jié)合電流效率的分析結(jié)果,給出了修正后的FoM的閉環(huán)表達(dá)式。此外,利用上述分析結(jié)果,論文還討論了一些振蕩器設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)和概念,這包括電感電容振蕩器中尾電容的作用,電壓受限區(qū)和電流受限區(qū)的劃分以及B類振蕩器和C類振蕩器的效率比較等。分析顯示,B類和C類振蕩器的的主要性能區(qū)別在于電壓效率而非電流效率。 論文還介紹了當(dāng)前國(guó)際上流行的電感電容數(shù)控振蕩器的一些基本概念,并總結(jié)了當(dāng)前的先進(jìn)國(guó)際研究成果。最后,文中提出了一個(gè)基于脫敏尾電容的高分辨率電感電容數(shù)控振蕩器的新穎的調(diào)諧方式。論文給出了尾電容和輸出頻率之間的敏感度的量化分析,并對(duì)尾電容對(duì)于相位噪聲的影響給出了定性分析。分析和仿真結(jié)果顯示,如果尾電容設(shè)計(jì)得當(dāng),數(shù)控振蕩器的相位噪聲和分辨率可被同時(shí)提高。
[Abstract]:As one of the most important modules in wireless communication system, oscillator is responsible for frequency generation and clock reference.In the integrated RF transceiver system, the phase noise of the oscillator will directly affect the receiver noise coefficient and the error vector amplitude of the transmitter.Therefore, the phase noise of the oscillator has always been the research hotspot of RF integrated circuit for decades.In recent years, with the popularity of handheld mobile devices, the demand for low power circuit design increases year by year.Because the oscillator is a high-power module in RF transceiver system, how to realize a low-power and low-noise oscillator becomes a research hotspot, which promotes the research of oscillator energy efficiency.Among them, the current efficiency of the oscillator, because of its close relationship with the output amplitude and phase noise of the oscillator, has become a topic of particular concern.CMOS inductively capacitive oscillator is widely used in communication systems because of its advantage of low power consumption and low phase noise.In this paper, the phase noise and current efficiency of inductively capacitive oscillator are studied.Especially for traditional B type oscillators, which are widely used in academia and industry, this paper presents an accurate current efficiency model and range.The results show that the current efficiency ranges from 0.60 to 0.85 at the optimization point of the comprehensive performance index FoM.This modifies the widely used assumption that current efficiency is 2 / 蟺 in all class B oscillators.In addition, the theory is extended to class B oscillator and class C oscillator.The analysis shows that the current efficiency of the two type B oscillators is the same as that of the C type oscillators. The current efficiency of the two type B oscillators is between 0.85 and 1.The phase noise behavior of inductively capacitive oscillator is discussed in detail, and the two linear phase noise models are connected with the oscillation equation to reveal the mechanism behind it.Based on the pulse sensitivity function of the linear time-varying model, a phase noise model for small amplitude and large amplitude B oscillators is presented in this paper.Combined with the analysis results of current efficiency, the closed-loop expression of modified FoM is given.In addition, based on the above analysis results, some key techniques and concepts in oscillator design are discussed, including the role of tail capacitance in inductance capacitor oscillator.The division of voltage limited region and current-limited region and the comparison of efficiency between class B oscillator and class C oscillator.The analysis shows that the main difference between class B oscillator and class C oscillator lies in voltage efficiency rather than current efficiency.This paper also introduces some basic concepts of inductance capacitor numerically controlled oscillator which is popular all over the world, and summarizes the current advanced international research results.Finally, a novel tuning method of high resolution digital controlled inductance capacitor oscillator based on desensitized tail capacitor is proposed.A quantitative analysis of the sensitivity between the tail capacitance and the output frequency is given, and the effect of the tail capacitance on the phase noise is analyzed qualitatively.The results of analysis and simulation show that the phase noise and resolution of the numerical controlled oscillator can be improved simultaneously if the tail capacitance is properly designed.
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN752

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