科技改變生活,隨著5G時(shí)代的到來,萬物互聯(lián)成為可能。其背后蓬勃發(fā)展的通信系統(tǒng)夯實(shí)了基礎(chǔ),高速率、低延時(shí)、穩(wěn)定可靠的通信收發(fā)機(jī)則有著更為迫切的需求,電路設(shè)計(jì)者也面臨全新的挑戰(zhàn)。壓控振蕩器被視為電子電路的心臟,為系統(tǒng)提供本振或時(shí)鐘信號;硅基工藝由于其廉價(jià)及卓越的數(shù)字兼容能力得到了廣泛應(yīng)用。然而硅基工藝本身噪聲大、無源損耗高的缺陷使得硅基壓控振蕩器的性能受到限制。也正是因?yàn)榇?硅基壓控振蕩器成為了學(xué)術(shù)和工業(yè)界的研究熱點(diǎn)。對硅基壓控振蕩器的研究由來已久,新的結(jié)構(gòu)、新的理論被陸續(xù)提出。本文首先總結(jié)了近幾十年來一些經(jīng)典的振蕩器結(jié)構(gòu)及分析理論,并根據(jù)分析結(jié)論總結(jié)了改善振蕩器相噪的方法。此外,振蕩器設(shè)計(jì)中無源器件的創(chuàng)新也越來越受到重視,許多基于新型電感和變壓器的結(jié)構(gòu)被提出。本文對無源器件進(jìn)行了詳細(xì)的闡述,并對關(guān)鍵的損耗機(jī)制及優(yōu)化方法做了大量仿真驗(yàn)證。隨后本文設(shè)計(jì)了一款7GHz的壓控振蕩器;該振蕩器使用65nm CMOS工藝。為改善相噪性能提出了一種高Q值的F₂₃電感,該電感在與單端電容結(jié)合后,可以實(shí)現(xiàn)二次及三次諧波同時(shí)諧振;諧波的引入使振蕩器對噪聲敏感程度下降,因而可以顯著的改善... 

【文章來源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：79 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

移動通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展圖

電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文6帶寬內(nèi)的噪聲功率Pn與載波功率Pc比值并取10倍對數(shù)，即有：n10P10logPcf(2-1)相位噪聲是一個(gè)非常重要的參數(shù)，通信系統(tǒng)中相位噪聲會影響收發(fā)機(jī)的信噪比，從而影響通信質(zhì)量；而作為數(shù)字系統(tǒng)時(shí)鐘時(shí)，相噪會影響眼圖質(zhì)量，會在解調(diào)時(shí)對誤碼率產(chǎn)生影響。圖2-2壓控振蕩器輸出頻譜（3）調(diào)諧范圍(TuningRange)：英文簡稱TR；定義為可調(diào)諧頻率最大值fmax和最小值fmin的差值，即TR=fmax-fmin。該參數(shù)反映了壓控振蕩器的頻率覆蓋能力。TR越大，電路的設(shè)計(jì)越復(fù)雜。為了歸一化比較，也會使用相對調(diào)諧帶寬來衡量不同中心頻率的壓控振蕩器頻率覆蓋能力，其定義為TR與中心頻率f0比值的百分?jǐn)?shù)：maxmin0()100ffTRf%%(2-2)（4）調(diào)諧靈敏度KVCO：亦稱之為調(diào)諧增益，定義為單位控制電壓加入電路之后信號頻率的變化量，單位為Hz/V或者(rad/s)/V。該參量反映了壓控振蕩器頻率變化的靈敏程度。通常而言，壓控振蕩器的KVCO不是一個(gè)常數(shù)且具有非線性，這通常是我們所不希望看到的。除此之外。為了增大壓控振蕩器的調(diào)諧范圍，KVCO的值一般較大，但是這樣通常會惡化相位噪聲性能并帶來更強(qiáng)的非線性，因此KVCO的值在設(shè)計(jì)時(shí)需要謹(jǐn)慎考慮；其數(shù)學(xué)定義為：VCOKV(2-3)（5）功耗(PDC)：壓控振蕩器是一類非線性很強(qiáng)的電路，電路的功耗為穩(wěn)定工作時(shí)消耗的直流電壓與直流電流的乘積。一般而言，相位噪聲與直流功耗正相關(guān)，即消耗的直流功耗越大，相噪性能越好，因而設(shè)計(jì)者會提高壓控振蕩器消耗的功耗

電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文8在電路設(shè)計(jì)過程中，考慮到H(s)F(s)=1是一個(gè)周期內(nèi)的平均值，因此在電路起振時(shí)，應(yīng)確保H(s)F(s)>1。只有這樣電路在上電之后，最終輸出電壓擺幅才可以從零逐漸增大，并最終達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的終值。圖2-3基本負(fù)反饋系統(tǒng)框圖2.2.2負(fù)阻振蕩原理反饋振蕩理論是一個(gè)普適的理論，而對于射頻電路里面常用的LC振蕩器采用負(fù)阻理論會使分析更加的直觀簡潔[12]。在介紹負(fù)阻振蕩理論之前，先考察理想的LC網(wǎng)絡(luò)和實(shí)際的LC諧振網(wǎng)絡(luò)分別受到?jīng)_激電流激勵(lì)后的響應(yīng)。如圖2-4(a)所示，在零時(shí)刻與之并聯(lián)的電流源注入一個(gè)幅度為I0的沖激電流，由于流過電感的電流不能發(fā)生突變，沖激電流將完全流過電容C并對其充電，使其兩端的電壓瞬間達(dá)到IoC。隨后電容將放電即幅度逐漸減小，經(jīng)過1/4個(gè)周期之后，電容兩端的電壓為零即存儲的電場能量為零；而電感中通過的電流卻達(dá)到最大，所存儲的磁場能量最多。由于電感的電流不能突變，因此從1/4周期時(shí)刻開始，電感存儲的能量給電容進(jìn)行反方向充電，輸出電壓會從負(fù)值逐漸減小(絕對值增大)。在1/2周期時(shí)刻，電容兩端的電壓差又達(dá)到最大，即此時(shí)電容存儲的電場能量又達(dá)到最多。在下半個(gè)周期內(nèi)電容將反相放電，經(jīng)歷與前半周期相似過程。如此周而復(fù)始，能量在電感和電容之間相互轉(zhuǎn)化，輸出電壓以正弦的形式變化，恒定幅度的振蕩建立起來。振蕩的頻率由電感電容值的大小決定：012fLC(2-8)(a)(b)圖2-4沖激電流激勵(lì)理想LC諧振網(wǎng)絡(luò)。(a)電路原理圖；(b)輸出電壓波形


本文編號：3003826