正交输出、双调谐、高性能4.488GHz环形振荡器设计

设计了一个4级延迟单元的环形振荡器,通过采用2条辅助通路结构,实现了振荡器的双调谐功能和高的FOM(figure of merit)值.设计采用Jazz 0.18μm CMOS工艺,在1.6 V电源电压下的电流消耗为18.98mA.后仿真结果显示,VCO输出中心频率和增益分别为4.488 GHz和147 MHz/V,频率粗调谐范围为1.42GHz.频偏1 MHz处的相位噪声为-104.3 dBc/Hz.在频偏1 MHz和5 MHz处FOM值分别为169.1和173.39.     

全数字锁相环中宽带数控振荡器设计

在TSMC 65nm工艺下设计了一个调谐范围为3～5GHz、用于全数字锁相环的宽带数控LC振荡器.该振荡器的电容阵列分成粗调、中调和细调三个阵列,其中粗调为MIM开关电容,中调和细调采用数控人造介质(DiCAD)实现.测试结果表明:当中心频率为3GHz和5GHz时,频偏1MHz处相位噪声分别为-123dBc/Hz和-116dBc/Hz,功耗分别为12mA和5mA.     

优化耦合方式的低相位噪声宽带正交压控振荡器设计

本文对传统正交压控振荡器(QVCO)耦合方式进行了改进,提出了在耦合管的源端引入相移网络的方法,从而改善了QVCO电路的相位噪声性能以及减小输出相位失配,并依此设计了一个低相位噪声,输出相位关系稳定的宽带正交压控振荡器.QVCO电路采用TSMC 0.13 μm CMOS工艺进行设计,输出频率范围为3.4～5.48 GHz,即调谐范围达46.8%.测试表明,输出频率4.2 GHz时在频偏1 MHz处,相位噪声为-120 dBc/Hz.在整个输出频率范围内电路FOM值介于179.5～185.2 dB,电路功耗为7.68～18mW.     

应用于IMT-A和UWB系统的双频段开关电流源压控振荡器设计

采用TSMC 0.13μm CMOS工艺设计了一款宽带电感电容压控振荡器(LC-VCO).LC-VCO采用互补型负阻结构,输出信号对称性较好,可以获得更好的相位噪声性能.为达到宽的调谐范围,核心电路采用4 bit可重构的开关电容调谐阵列以降低调谐电路增益,并使用可变电容在每段开关电容子频带上实现调谐.此外,压控振荡器的设计采用了开关电流源、开关交叉耦合对和噪声滤波等技术,以优化电路的相位噪声、功耗、振荡幅度等性能.整个芯片(包括焊盘)面积为1.11 mm×0.98 mm.测试结果表明,在1.2 V电源电压下,UWB和IMT-A频段上压控振荡器所消耗的电流分别为3.0和5.6 mA,压控振荡器的调谐范围为3.86～5.28和3.14～3.88GHz.在振荡频率3.534和4.155 GHz上,1 MHz频偏处,压控振荡器的相位噪声分别为-122和-119 dBc/Hz.     

GPS/BD 接收机中电感电容压控振荡器设计

采用TSMC 0.18 μm CMOS工艺,设计了一款宽调谐、低相位噪声、低功耗的电感电容压控振荡器(voltage controlled oscillar,VCO),用于接收北斗卫星导航系统的B1,B2频段信号和全球定位系统(global positioning system,GPS)的L1频段信号的射频接收机中.振荡器中采用了开关固定电容阵列和开关MOS管可变电容阵列,有效地解决了宽频率调谐范围和低相位噪声之间不可兼顾的问题,另外,采用了可变尾电流源的结构,使得振荡器在整个可调频率范围内输出电压的幅度变化不大.利用Cadence软件中Spectre对电路进行仿真.结果表明,振荡器频率调谐在2.958-3.418 GHz和2.318-2.552 GHz这2个频段内,在1.8V的供电电源电压下,功耗仅为3.06-3.78mW.当振荡器工作在3.2 GHz和2.4 GHz的中心频率时,其在1 MHz频偏处的单边相位噪声分别为-118 dBc/Hz和-121 dBc/Hz.     

一种宽调谐范围的毫米波LC压控振荡器设计

基于TSMC 65 nm CMOS工艺,设计了一种具有宽调谐范围的毫米波电感电容压控振荡器,振荡器采用开关电容阵列、大容值范围可调电容和大滤波电容实现频率调谐范围与相位噪声的双优化.通过三组开关电容阵列来获得八条子频段,优选容值范围较大的可调电容来细调每一个频段的振荡频率,获得较大的调谐增益Kvco,从而最大程度地提高频率调谐范围.通过大滤波电容与尾电流源构成的低通滤波器抑制偶次谐波附近的噪声,从而优化相位噪声.仿真结果表明,在1. 2 V的工作电源电压下,压控振荡器的频率调谐范围22. 2 G～29. 2 GHz,中心频率25. 7 GHz,在1 MHz频率偏移处的相位噪声-100. 9 dBc·Hz~(-1),功耗10. 81 mW,芯片核心面积为0. 056 mm~2.     

应用于WSN的0.5 V 4.8 GHz CMOS LC VCO设计

为设计一个可应用于无线传感网的0.5 V 4.8 GHz CMOS LC压控振荡器,采用传统差分负阻结构的电感电容VCO核心电路,添加开关电容阵列增大VCO的调谐范围,利用升压电路和反相器的组合提高控制信号产生电路的性能,通过调节负阻管的宽长比等方法来优化VCO的相位噪声性能,保证VCO能在0.5 V的低供电电压下稳定工作,相位噪声达到-119.3 dBc/Hz@1 MHz,VCO的频率调谐范围为4.3~5.3 GHz,相位噪声小于-115 dBc/Hz@1 MHz,最低可达-121.2 dBc/Hz@1 MHz,核心电路电流约为2.6 mA,满足无线传感网的应用要求。     

电感及电容结构的压控振荡器电路设计与仿真

随着通信技术对射频收发机性能要求的不断提高,高性能压控振荡器已成为模拟集成电路设计、生产和实现的关键环节。针对压控振荡器设计过程中存在相位噪声这一核心问题,文中采用STMC 0.18μm CMOS工艺,提出了一种1.115 G的电感电容压控振荡器电路设计方案,利用Cadence中的Spectre RF对电路进行仿真。研究结果表明:在4～6 V的电压调节范围内,压控振荡器的输出频率范围为1.114 69～1.115 38 GHz,振荡频率为1.115 GHz时,在偏离中心频率10kHz处,100 kHz处以及1 MHz处的相位噪声分别为-90.9 dBc/Hz,-118.6 dBc/Hz,-141.3dBc/Hz,以较窄的频率调节范围换取较好的相位噪声抑制,从而提高了压控振荡器的噪声性能。     

基于变压器耦合的互补型LC压控振荡器

设计了一个基于变压器(transformer)耦合的互补型全集成CMOS LC压控振荡器(VCO).与传统结构相比,利用变压器耦合形成正反馈环路,增大输出振幅,使得电路更加易于起振;同时,采用电流复用技术,有效降低功耗.VCO采用65nm CMOS工艺设计,利用开关电容阵列(SCA,switched capacitor array)进行频率调谐,调谐范围18%(3.0~3.6GHz),相位噪声-118dBc/Hz@1MHz频率偏移,品质因数FoM(figure-of-merit)188dBc/Hz,直流功耗0.96mW.     

1.8 GHz宽带低相位噪声CMOS压控振荡器设计

采用一种基于开关电容阵列(SCA)和尾电流源处加入电感电容滤波相结合的电路结构,设计了一个1.8 GHz宽带分段线性压控振荡器.采用TSMC 0.18μm 1P6MCMOS RF工艺,利用Cadence SpectreRF完成对电路进行的仿真.结果显示,在电源电压VDD=1.8 V时,控制电压范围为0.6~1.8 V,频率的变化范围为1.43~2.13 GHz,达到39%,相位噪声为-131 dBc/Hz@1MHz,功耗为9.36 mW(1.8 V×5.2 mA).很好地解决了相位噪声与调谐范围之间的矛盾.     

10 GHz低相噪扩频时钟发生器的设计与实现

基于55nm CMOS工艺设计并制造了一款小数分频锁相环低相噪10GHz扩频时钟发生器(SSCG).该SSCG采用带有开关电容阵列的压控振荡器实现宽频和低增益,利用3阶MASHΔΣ调制技术对电路噪声整形降低带内噪声,使用三角波调制改变分频系数使扩频时钟达到5 000×10~(-6).测试结果表明:时钟发生器的中心工作频率为10GHz,扩频模式下峰值降落达到16.46dB;在1 MHz频偏处的相位噪声为-106.93dBc/Hz.芯片面积为0.7mm×0.7mm,采用1.2V的电源供电,核心电路功耗为17.4mW.     

基于最小变电容结构的数控LC振荡器

提出了一种数控最小变电容结构,采用互补型变容管两端跨接固定电容结构,可以使用较大尺寸变容管实现较小的最小变容值,从而减小了工艺误差对设计结果的影响,同时解决了大摆幅振荡信号下的非线性问题,缓解失配电容对失配率一致性对最小变容值的影响.在相同工艺下,最小变电容值减小接近50%.采用180nm CMOS工艺,基于最小变电容结构设计了全数控LC振荡器,通过改变各级数控变电容阵列的结构,提高全数控LC振荡器的频率分辨率.仿真结果表明:提出的最小变电容结构可实现7.42aF的最小变电容值;全数控LC振荡器的振荡频率范围为3.2~3.8GHz,输出电压摆幅为1.75V,中心谐振频率3.5GHz的相位噪声为-1.2×10-4 dBc/Hz,归一化价值因子FOM为211;在相位噪声、功耗、FOM等性能指标维持在同等水平的前提下,调频精度显著提高.     

使用背靠背MOS变容管的低噪声全数控LC振荡器

为了解决全数控电感电容振荡器(fully digitally controlled inductor-capacitor oscillator, DCO)大信号工作时所引起的数控变容管的非线性问题,在对该种非线性进行分析的基础上,提出一种背靠背串联数控金属氧化物半导体(metal oxide semiconductor, MOS)变容管.该结构通过将两支MOS变容管反方向串联,有效改善了非线性,从而降低了DCO的相位噪声.在中芯国际0.18 μm 互补MOS工艺下设计了采用背靠背串联数控MOS变容管的DCO.仿真结果表明: 当该DCO振荡在3.4 GHz的中心频率时,在1.2 MHz频偏处的相位噪声为-129.4 dBc/Hz, 与使用普通数控MOS变容管的DCO相比,其相位噪声最多可改善8.1 dB.     

基于PHEMT工艺的5 GHz锁相环芯片

给出了基于0.2 μm砷化镓赝晶高电子迁移率器件工艺设计的高速锁相环芯片的电路结构、性能分析与测试结果.芯片采用吉尔伯特结构的鉴相器和交叉耦合负阻差分环形压控振荡器,总面积为1.15 mm×0.75 mm.锁定时中心工作频率为4.44 GHz,锁定范围约为360 MHz,在100 kHz频偏处的单边带相位噪声约-107 dBc/Hz,经适当修改后可应用于光纤通信系统中的时钟数据恢复电路.     

频率分辨率改进型数控振荡器的设计

设计了一个应用于四频带全球移动通信系统(GSM)收发机的频率分辨率改进型数控振荡器.提出了一种新型串联开关变容管模型并进行理论分析,将其应用在振荡器的精确调谐电容阵列中,验证了其对频率分辨率增强的性能.设计采用90 nm互补金属氧化物半导体工艺,当谐振在3.1 GHz时,数字加抖前的频率分辨率达到1.6 kHz,距中心频率20 MHz处的相位噪声为-152 dBc/Hz,功耗8.16 mW.仿真表明,该频率分辨率改进型数控振荡器满足四频带GSM收发机的要求,适于应用在全数字锁相环中.     

自动幅度控制电路在射频CMOS电感电容振荡器中的应用及原理分析

分析推导了互补金属氧化物半导体(CMOS)电感电容振荡器的电压振荡幅度与相位噪声的关系.采用自动幅度控制电路控制射频CMOS电感电容振荡器,在0.18μm CMOS工艺下进行Candence SpectreRF仿真,在3.4 GHZ时,1MHz频偏处相位噪声最差值采用自动幅度控制电路为-113.3dBc/Hz,不采用自动幅度控制电路为-105.1dBe/Hz.在不同频率下对振荡器相位噪声仿真结果表明,当频率变化从3.16-3.4 GHz时,采用自动幅度控制电路的相位噪声都低于不采用自动幅度控制电路的相位噪声.由此得出通过控制振荡器振动振幅,提高品质因数,可以降低振荡器相位噪声.     

一种新颖的正交输出伪差分环形VCO的设计

设计了一种基于标准0.18 μm CMOS工艺的4级延迟单元的全差分环形压控振荡器.提出了一种新颖的环形振荡器电路结构,通过结合控制耦合强度与改变负载电阻值的方法,改善了单一技术在有限的电压范围内的调谐线性度,实现整个电压范围内的高调谐线性度;采用双通路技术提高了振荡频率,同时运用交叉耦合正反馈减少输出电平翻转时间,改善相位噪声特性,提高性能.后仿真结果表明,在电源电压为1.8V时,VCO的中心频率为2.8 GHz,核心电路的功耗为18.36 mW,调谐范围为2.05 GHz～3.35 GHz,当频率为2.8 GHz时,相位噪声为-89.6 dBc/Hz@1 MHz.     

一种1.84GHz低噪声电容电感压控振荡器

研究在不影响功耗特性的情况下,改善电感电容压控振荡器(LCVCO)相位噪声特性的方法.在传统LCVCO结构基础上,增加PMOS尾电流源,并采用LC回路滤除二次谐波;使用开关电容阵列进行多带调谐,减小压控振荡器(VCO)增益,即控制电压对输出的扰动.基于Chartered 0.18μm RF CMOS工艺设计流片,测试结果表明,1.84 GHzLCVCO的功耗为16.6 mW,在100 kHz和1 MHz频偏处相位噪声分别为-105 dB/Hz和-123 dB/Hz.     

适用于多种无线通信标准的宽带CMOS频率综合器

采用小数分频锁相环路、正交单边带混频器和除2除法器设计了一款全集成CMOS频率综合器,以满足多种无线通信标准的要求.提出基于双模压控振荡器（DMVCO）的频率综合器架构,一方面能够通过除2除法器覆盖3GHz以下的无线通信频段,另一方面DMVCO自身又替代了额外的多相滤波器来抑制混频器引入的镜像杂散.频率自动校准电路能对压控振荡器的频率进行快速、准确的校准.频率综合器采用TSMC 0.13μmCMOS工艺进行设计.仿真结果表明,在输出频率为900MHz时频偏在0.6MHz处,频率综合器的相位噪声为-122dBc/Hz;在功耗不大于56mW的情况下,频率综合器实现了0.4～6GHz的频率覆盖范围.     

2.6GHz高速CMOS环形振荡器设计

文章提出了一种偶数级环形振荡器的设计方案,中心频率为2.3GHz,利用起振电路使其能够快速起振,当环形振荡器的控制电压为1.2~2.0V时,其线性调谐范围为1.9~2.6GHz;电路设计采用TSMC0.18μm 1P6M混合信号生产工艺;利用Cadence Spectre RF进行仿真。结果显示,在中心频率为2.3GHz、偏移载波频率为10MHz的情况下,环形振荡器的相位噪声为-112.9dBc/Hz。该电路可用于高速锁相环的设计中。