一种基于电磁带隙谐振结构的K波段压控振荡器

报道一种工作在K 波段的压控振荡器的设计和性能。该压控振荡器采用基于pHEMT 工艺的有源器件, 用紧凑的边缘通孔电磁带隙谐振结构替代传统的谐振电路, 实现压控振荡器的小型化。测试结果表明, 该电路工作频段为 22.9~25.6 GHz, 在 23.6 GHz的最大输出功率为 10.4 dBm, 且在24~25.6 GHz 频段的输出功率平坦度小于 1 dB。在偏离载频 1 MHz处测得的压控振荡器相位噪声约为?95 dBc/Hz。整体电路面积为 17 mm×7.5 mm。     

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.     

高速SerDes电路中电荷泵锁相环的设计

面向高速串行接口应用，设计一款低噪声、快速锁定的高性能锁相环电路，作为5 Gbit· s-1数据率的SerDes发射芯片的时钟源。该设计通过锁存RESET方式增加延迟时间，以减小鉴频鉴相器的死区效应，降低锁相环整体电路的杂散；其压控振荡器采用4 bit二进制开关电容的方法，将输出频率划分为16个子频带，以获得较大的输出频率范围，同时又不增加压控振荡器的增益；在SMIC 55 nm工艺下完成锁相环电路版图设计，核心芯片面积为054 mm2。后仿真结果表明:输出频率覆盖46~56 GHz，1 MHz频偏处的相位噪声在-110 dBc·Hz-1 附近。测试结果显示，RMS 抖动和峰峰值抖动分别为287 ps和134 ps，整体电路功耗为37 mW。     

一种新型低压低功耗伪差分环形压控振荡器设计

基于交叉耦合技术提出了一种新型低压低功耗伪差分环形压控振荡器(VCO).电路整体包括新型伪差分环形压控振荡器、输出整形缓冲(buffer)电路两个部分.在VCO电路中采用了尾电流源控制的反相器为基本延时单元,实现了一种新型低压低功耗伪差分环形振荡器设计,并采用线性化技术改善调节线性度.利用输出buffer对VCO输出波形进行整形,消除了这种结构下输出摆幅受到尾电流源影响而不能达到轨到轨摆幅的限制.基于0.13μm标准CMOS工艺,利用cadence spectre进行仿真验证,前仿真结果表明在电源电压为1.2V时,该VCO相位噪声为-100.58dBc/Hz@1 MHz,功耗为0.92mW,在0.45~1V的电压范围内,频率调谐范围宽达0.303~1.63GHz,具有非常好的调节线性度,在电源电压为1V时仍然能正常工作.     

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.     

一种改进的双控制通路锁相环

提出一种改进的双控制通路锁相环结构。改进锁相环的两个控制通路有不同的压控振荡器增益。其中, 粗调节通路的压控振荡器增益较大, 用来调节锁相环的输 出频率范围; 细调节通路的压控振荡器增益较小, 用来决定环路带宽, 同时优化锁相环的抖动特性。电路芯片采用SMIC 0. 18 μm CMOS Logic 工艺加工。后仿真结果表明该锁相环的输出频率范围为600 MHz到1. 6GHz, 并有良好的抖动特性。     

一个1.5V低相位噪声的高频率LC压控振荡器的设计

介绍了一种适用于DCC-1800系统的压控振荡器的设计,中心频率为3．6GHz．分析并比较了三种降低相位噪声的方法并进行了仿真验证,然后阐述了3．6GHz压控振荡器器件尺寸的优化分析．采用电感电容滤波技术降低相位噪声,在偏离中心频率600kHz处,仿真得到相位噪声为-117dBc／Hz,调谐范围达到26．7％．VCO电路在1．5V电压下工作,静态电流为6mA．     

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。     

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.     

一种低剖面频率可重构天线的设计与研究

针对目前频率可重构天线存在的尺寸较大、频率可调范围不足、带宽窄且难以同时覆盖5G/WiMAX/WLAN等常用频段的问题,提出一种结构新颖的频率可重构天线,共有3种工作状态,可分别工作在5G/WiMAX/WLAN频段,天线的尺寸仅为26 mm×32 mm×1 mm,更加适合用于小型移动通信设备。该天线通过结合一个新的辐射贴片元件以及开槽和开关来实现天线不同工作模式的切换。整体结构可分为微带贴片天线和直流偏置电路2部分,直流偏置电路由4个二极管构成的2组开关SW1、SW2和直流偏置线组成,通过对SW1和SW2的控制,天线可以在宽带和2种双频状态下工作,宽带工作频段为3.04~5.54 GHz,一种双频工作频段分别为2.86~3.50 GHz、5.09~6.17 GHz,另一种双频工作频段分别为2.98~3.84 GHz、4.61~5.88 GHz。对天线模型实物加工并进行了实测。优化测试表明,天线可以在宽带模式和2个双频工作模式下正常工作,且天线的可重构特性使其能在5G/WiMAX/WLAN不同通信频段下切换工作模式,适合用于5G/WiMAX/WLAN信号源聚集的复杂通信环境。     

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.     

一种超声清洗电源频率跟踪技术

针对超声清洗过程中超声换能器谐振频率发生漂移的问题,设计了一种由D触发器、单片机、数字电位器和压控振荡器组成的频率跟踪系统。该系统利用单片机检测超声清洗电源负载的电压、电流的相位差,并通过数字电位器来改变压控振荡器的输出频率。与其它频率跟踪方法相比,该系统降低了程序编写的复杂性,电路简单且易于实现。     

W波段集成谐波振荡器的研制

本文利用集成的形式进行了W波段谐波振荡器的研制工作。该振荡器主要由有源器件,振荡电路,耦合电路,偏置电路,以及波导到微带过渡组成。有源器件采用国产6mm GaAs Gunn二极管,在频率为87.8GHz处,输出功率为0.5mW。     

高温RF SQUID磁力仪射频振荡器

为了提高高温射频超导量子干涉器(RF SQUID:Radio-Frequency Superconducting Quantum Interference Device)磁力仪的磁场灵敏度和稳定性,设计了提供超导量子干涉器谐振回路偏置信号的射频振荡器。该振荡器采用频率连续可调的压控振荡器作为信号源,结合射频信号衰减电路产生SQUID器件所需功率的振荡信号。实验结果表明,该振荡器能产生549.75～947 MHz连续可调的射频信号,信号功率最低可达-98.97 dBm,满足SQUID器件的工作要求。     

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.     

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。     

千兆以太网物理层时钟产生/倍频单片集成电路设计

给出了一个基于TSMC 0.18 μm CMOS工艺设计的千兆以太网物理层时钟产生/倍频单片集成电路.芯片采用电荷泵结构的锁相环实现,包括环形压控振荡器、分频器、鉴频鉴相器、电荷泵和环路滤波器等模块,总面积为1.1 mm×0.8 mm.采用1.8 V单电源供电,测得在负载为50 Ω时电路的输出功率大于5 dBm.芯片在PCB板上键合实现锁相环路的闭环测试,测得锁定范围为130 MHz;当环路锁定在1 GHz时,振荡器输出信号的占空比为50.4%,rms抖动为5.4 ps,单边带相位噪声为-124 dBc/Hz@10 MHz.该电路适当调整可应用于千兆以太网IEEE802.3规范 1000BASE-X的物理层发信机设计.     

一种基于CSRR结构的超宽带陷波天线设计

设计了一款基于互补金属开口谐振环(CSRR)的具有陷波特性的超宽带天线。所设计的天线采用渐变式馈线,实现了较宽的阻抗匹配,并且通过在辐射贴片上刻蚀2个圆形开口缝隙来实现双陷波特性。天线尺寸为35mm×30mm×1mm。利用电磁仿真软件HFSS 13.0进行了仿真分析,根据仿真结果优化了设计;加工实物进行了测试,结果与仿真具有良好的一致性。仿真和测试结果表明天线在2.7~15.6GHz的频段内电压驻波比(VSWR)小于2,在3.1~3.7 GHz、5.1~5.9 GHz具有陷波特性,分别有效抑制了WiMAX、WLAN信号对超宽带通信系统的干扰。研究表明,该天线在除陷波频段外的其余超宽带工作频段范围内,具有良好的辐射方向性和稳定的增益,且结构紧凑,易于共形,能较好地应用于超宽带通信系统中。     

ETC系统中功分比可变的双频正交功分器

文中提出一种可用于多波束电子不停车收费(ETC)系统的新型正交Hybrid耦合器.为适应ETC系统的不同频段应用,该新型正交耦合器设计为覆盖两个常用的ETC系统工作频段:2.4 GHz(2.2~2.6 GHz)和5.8 GHz(5.5~6.0 GHz).该耦合器在上述两个频带上具有不同的功率分配特性——在2.4GHz频段为等比例正交输出,在5.8GHz频段则是在0.6~7.3d B范围内的正交输出.文中提出的正交功分器具有频带宽度大、电路尺寸小的优点.实物测试和仿真数据吻合良好,说明该功分器是有效的.