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低相噪宽带CMOS集成电感电容压控振荡器的分析与设计

张俊波

   近几年无线通信系统的快速发展推动了低成本、低功耗CMOS无线收发机的研究与开发。同时CMOS工艺的不断进步,使得无线收发机系统中大部分单元电路,如低噪声放大器、混频器以及中频滤波器等都能够片上实现。无源器件——特别是片上电感和可变电容的品质的提高使得本机振荡器的单片集成也成为了可能。 本论文系统论述了电感电容压控振荡器的理论和实现,并且深入浅出的研究了压控振荡器设计中的许多关键技术。论文首先介绍了压控振荡器的一般原理,对基于反馈系统和基于负阻能量补偿的两种振荡器分析方法进行了系统总结。LC谐振回路是片上电感电容压控振荡器的最重要组成部分,我们重点就谐振回路中无源器件的片上实现进行了讨论,包括片上电感与可变电容的实现,并着重介绍片上平面螺旋电感的性能特点。相位噪声是振荡器设计中最为重要的性能指标之一,论文中我们系统总结了两种常用相位噪声模型:线性时不变模型及其Lesson改进模型与相位线性时变模型,为低噪声压控振荡器的设计优化奠定了坚实的理论基础。相对于窄带VCO,超宽带VCO设计更加困难,这主要体现振荡频率的变化会给VCO性能带来一些不利影响,甚至可能导致不能正常工作。因此,我们还探讨了超宽带压控振荡器设计过程中的两个比较关键的设计考虑:首先介绍起振条件的频率相关特性,然后介绍振荡幅度的频率相关特性。随后,我们马上给出了一个设计实例,采用互补型交叉耦合全差分LC VCO作为核心电路,通过二进制MIM电容阵列和MOS可变电容分别对频率进行粗调和细调,在TSMC 0.18μm RF CMOS工艺下的实现了1.65~2.5GHz范围频率覆盖,电流消耗仅仅3mA左右,并且具有不错的相位噪声性能。最后我们还讨论了超宽带VCO的应用层面的问题,介绍了自适应频率校准的思路以及AFC模块的详细定义,并给出了一个宽带VCO的veriloga模型。……   
[关键词]:VCO;RF CMOS;相位噪声;螺旋电感;MOS可变电容;谐振回路
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:上海交通大学2008年
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