發(fā)布時間：2018-08-11 18:57

【摘要】：日益普及的無線通訊網(wǎng)絡(luò)加快了復(fù)雜無線設(shè)備系統(tǒng)的革新和部署,射頻集成電路設(shè)計的集成化是通信系統(tǒng)發(fā)展的一個重要方向。振蕩器是通信系統(tǒng)的核心部件,它的性能在很大程度上決定了系統(tǒng)的指標。振蕩器關(guān)鍵的性能指標包括工作頻率、可調(diào)范圍、相位噪聲(Phase Noise)、功耗(Power Consumption)等。而在不同的應(yīng)用場景和系統(tǒng)中,對振蕩器的指標要求也存在較大差異。例如注入鎖定的毫米波頻段的振蕩器設(shè)計中,在滿足工作頻率范圍要求的同時降低功耗顯得非常有意義。而在較低頻率的GHz工作頻率范圍,降低功耗、優(yōu)化面積和頻率覆蓋范圍則成為常見的設(shè)計要求。論文首先回顧了目前主流振蕩器的拓撲類型和電路設(shè)計,并進行了多種關(guān)鍵技術(shù)的研究。在毫米波頻率的注入鎖定振蕩器的設(shè)計中,本文主要研究了低功耗技術(shù)。通過設(shè)計一種電源端的注入結(jié)構(gòu),該振蕩器能夠兼顧其它指標的同時工作在較低的電壓下。該電路在Tower JAZZ 0.18μm SiGe BiCMOS工藝進行了流片驗證,測試結(jié)果表明該振蕩器能夠工作鎖定在53.2GHz的頻率,核心電路在0.7V的供電電壓下功耗為3mW,面積為0.24mm~2。論文同時研究了在GHz頻率范圍內(nèi)的大帶寬振蕩器。文中分析了電感電壓控制振蕩器的理論模型和相位噪聲模型,介紹了多比特控制的振蕩器各個模塊對振蕩器Q值的影響。文中給出了電路恒定子帶設(shè)計和振蕩器相噪的優(yōu)化放法,使每條子帶上的頻率均滿足指標要求。優(yōu)化后的振蕩器的頻率范圍為3.62-4.35GHz,調(diào)諧增益Kvco變化范圍為73.8MHz/(0.8V)到75.9MHz/(0.8V),變化范圍約為2.76%,相位噪聲在1MHz處可達到-117dBc/Hz。文中也介紹了一些新型的振蕩器設(shè)計結(jié)構(gòu),例如有源電感振蕩器和變壓器并應(yīng)用于電流控制型鎖相環(huán)。這種鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)無需采用傳統(tǒng)電路的濾波器結(jié)構(gòu),極大地減小了電路面積和成本。設(shè)計的電流型鎖相環(huán)電路能達到5.12-5.4GHz的鎖定范圍,而且核心電路模塊的面積僅為8100μm2。
[Abstract]:The increasingly popular wireless communication network speeds up the innovation and deployment of complex wireless equipment systems. The integration of RF integrated circuit design is an important direction of communication system development. Oscillator is the core component of communication system, its performance determines the index of the system to a great extent. The key performance parameters of the oscillator include operating frequency, adjustable range, phase noise (Phase Noise), power (Power Consumption) and so on. However, in different application scenarios and systems, the requirements for the oscillator are also quite different. For example, in the design of an injection-locked millimeter-wave oscillator, it is significant to reduce power consumption while satisfying the operating frequency range. However, in the lower frequency range of GHz, reducing power consumption, optimizing area and frequency coverage are common design requirements. Firstly, the topology type and circuit design of the mainstream oscillator are reviewed, and several key technologies are studied. In the design of millimeter-wave frequency injection locked oscillator, the low power technology is studied in this paper. By designing an injection structure at the power supply end, the oscillator can work at a lower voltage, taking into account other parameters at the same time. The circuit is verified in Tower JAZZ 0.18 渭 m SiGe BiCMOS process. The test results show that the oscillator can work at the frequency of 53.2GHz. The core circuit has a power consumption of 3 MW and an area of 0.24 mm / 2 at 0.7V power supply voltage. At the same time, the large bandwidth oscillator in GHz frequency range is studied. In this paper, the theoretical model and phase noise model of inductance voltage controlled oscillator are analyzed, and the influence of each module of multi-bit controlled oscillator on the Q value of oscillator is introduced. In this paper, the constant subband design of the circuit and the optimal discharge method of the oscillator phase noise are given, so that the frequency of each sub-band can meet the requirements of the target. The frequency range of the optimized oscillator is 3.62-4.35 GHz, the tunable gain Kvco ranges from 73.8MHz/ (0.8V) to 75.9MHz/ (0.8V), and the range is about 2.76. the phase noise can reach -117dBc / Hz at 1MHz. Some new oscillator structures, such as active inductor oscillator and transformer, are also introduced in this paper. This kind of PLL structure does not need the filter structure of traditional circuit, which greatly reduces the circuit area and cost. The designed current-mode PLL circuit can achieve the locking range of 5.12-5.4GHz, and the area of the core circuit module is only 8100 渭 m ~ 2.
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN752

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本文編號：2177921