【摘要】：壓控振蕩器(VCO)作為鎖相環(huán)(PLL)的關(guān)鍵組成部分,廣泛應(yīng)用于移動(dòng)電話和導(dǎo)航終端等通信設(shè)備中。其功耗、相位噪聲、調(diào)諧范圍等性能參數(shù)對(duì)整個(gè)無線通信系統(tǒng)的性能有著重要的影響。隨著無線通信技術(shù)的蓬勃發(fā)展和微電子技術(shù)的進(jìn)步,VCO已廣泛集成在射頻集成電路(RFIC)中,CMOS射頻集成電路以其成熟的工藝、低功耗、低成本的特點(diǎn),已經(jīng)成為射頻集成電路的發(fā)展趨勢(shì)。如今RFIC正向著小尺寸、低成本、低功耗、高頻率的趨勢(shì)發(fā)展,采用CMOS工藝設(shè)計(jì)高性能的集成VCO已經(jīng)成為RFIC中極具挑戰(zhàn)性的研究課題,具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。論文首先介紹了VCO的發(fā)展歷史和研究現(xiàn)狀,分析了VCO的工作原理及實(shí)現(xiàn)方式。其次介紹了相位噪聲的概念,深入研究了相位噪聲的三種主要模型,解釋了不同區(qū)域的相位噪聲成因,總結(jié)和對(duì)比了相位噪聲優(yōu)化的一些方法。最后提出了一款低相位噪聲、高線性度增益LC VCO的設(shè)計(jì)方法,電路采用可變電容陣列來提高調(diào)諧增益的線性度,通過尾電流管噪聲優(yōu)化、大電容濾波等措施來降低相位噪聲。本文的LC VCO芯片采用TSMC 0.18um CMOS工藝,利用Cadence軟件進(jìn)行電路設(shè)計(jì)、版圖設(shè)計(jì)、寄生參數(shù)提取和仿真。仿真結(jié)果表明輸出頻率的調(diào)諧范圍為9.79～10.61GHz,8個(gè)子頻帶的調(diào)諧增益變化范圍為128-170MHz/V,電源電壓1.8V時(shí),電路消耗6.2mA電流。當(dāng)頻率為10.2GHz時(shí),頻偏100KHz處的相位噪聲為-91.9dBc/Hz,頻偏1MHz處的相位噪聲為-113.8dBc/Hz。
[Abstract]:Voltage controlled oscillator (VCO), as a key component of PLL, is widely used in mobile phone and navigation terminal. Its power consumption, phase noise, tuning range and other performance parameters have an important impact on the performance of the whole wireless communication system. With the rapid development of wireless communication technology and the progress of microelectronics technology, VCO has been widely integrated into RF integrated circuits (RFIC) with the characteristics of mature technology, low power consumption and low cost. It has become the development trend of RF integrated circuit. Nowadays, RFIC is developing towards small size, low cost, low power consumption and high frequency. The design of integrated VCO with high performance in CMOS process has become a very challenging research topic in RFIC and has important practical significance. Firstly, the development history and research status of VCO are introduced, and the working principle and realization of VCO are analyzed. Secondly, the concept of phase noise is introduced, three main models of phase noise are deeply studied, the causes of phase noise in different regions are explained, and some optimization methods of phase noise are summarized and compared. At last, a design method of low phase noise and high linearity gain LC VCO is proposed. Variable capacitance array is used to improve the linearity of tuning gain, and the phase noise is reduced by tail-current tube noise optimization and large capacitance filtering. The LC VCO chip in this paper adopts TSMC 0.18um CMOS technology. The circuit design, layout design, parasitic parameter extraction and simulation are carried out by using Cadence software. The simulation results show that the tuning range of output frequency is 9.79 Hz 10.61 GHz, the tuning gain range is 128-170 MHz / V, and the output voltage is 1.8 V, the circuit consumes 6.2mA current. When the frequency is 10.2GHz, the phase noise at 100kHz is -91.9 dBc / Hzand the phase noise at 1MHz is -113.8dBc / Hz.
【學(xué)位授予單位】：西北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN752;TN405

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