基于背靠背PN变容管的低相位噪声LCVCO研究

研究了一种新型单片集成LC压控振荡器。该压控振荡器在传统的单端PN变容管电路结构基础上,通过对调谐电路进行改进,在保证调谐范围的前提下,有效地降低了相位噪声。压控振荡器使用高Q值螺旋电感,并采用SMIC0.18μm1P6M混合信号CMOS工艺实现。仿真结果表明,在调谐范围不变情形下,新型设计的VCO相位噪声比传统的改善了16.25dB@1kHz、8.08dB@100kHz。压控振荡器的中心频率1.8GHz,工作电压为1.8V,工作电流为3mA。     

应用于IMT-A和UWB系统的0.13μm CMOS宽带压控振荡器设计

基于TSMC 0.13μm CMOS工艺设计并实现了应用于IMT-Advanced和UWB系统的双频段宽带频率合成器中的电感电容压控振荡器(LC-VCO)。此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,调谐范围等性能。为达到宽的调谐范围,核心电路采用了4比特可重构的开关电容调谐阵列。整个芯片包括焊盘面积为1.11′0.98 mm₂。测试结果表明,在1.2V电源电压下,两个频段压控振荡器所消耗的电流分别为3mA和4.5mA,压控振荡器的调谐范围为3.86~5.28GHz和3.14~3.88GHz。在振荡频率3.5GHz和4.2GHz上,1MHz频偏处,压控振荡器的相位噪声分别为-123dBc/Hz与-119dBc/Hz。     

低相位噪声压控振荡器设计

分析了LC压控振荡器(VCO)相位噪声,通过改进电路结构,采用PMOS和NMOS管做负阻管,在尾电流源处加入电感电容滤波,优化电感设计,设计了一种高性能压控振荡器.采用TSMC 0.18 μm IP6M CMOS RF工艺,利用Cadence中的Spectre RF工具对电路进行仿真.在电路的偏置电流为6 mA、电源电压VDD=1.8 V时,输入控制电压为0.8～1.8 V,输出频率变化为1.29～1.51 GHz,调谐范围为12.9%,相位噪声为-134.4 dBc/Hz@1MHz,功耗仅为10.8 mW.     

一种带有升压电路的0.5V 3GHz低功耗LC VCO设计

采用标准的0.13μm CMOS工艺实现了0.5V电源电压,3GHz LC压控振荡器。为了适应低电压工作,并实现低相位噪声,该压控振荡器采用了NMOS差分对的电压偏置振荡器结构,去除尾电流,以尾电感代替,采用感性压控端,增加升压电路结构使变容管的一端升压,这样控制电压变化范围得到扩展。测试结果显示,当电源电压为0.5V,振荡频率为3.126GHz时,在相位噪声为-113.83dBc/Hz@1MHz,调谐范围为12%,核心电路功耗仅1.765mW,该振荡器的归一化品质因数可达-186.2dB,芯片面积为0.96mm×0.9mm。     

基于电容补偿的高线性低噪声2.4GHz CMOS LC 压控振荡器

实现了一个基于标准0.18µm CMOS工艺的2.4GHz高线性低噪声交叉耦合LC压控振荡器。基于三段分布式偏置的开关容抗管电路和差分开关电容电路,提出了一种调谐灵敏度补偿结构,减小了压控振荡器的增益变化,获得了高线性度和良好的相位噪声性能。与传统结构的压控振荡器相比,本文提出的压控振荡器在整个频率调谐范围内具有更加恒定的增益。当载波频率为2.42GHz 时,在100kHz和1MHz的频偏处相位噪声分别为-100.96dBc/Hz和-122.63dBc/Hz。工作电压为1.8V时,电路功耗为2.5mW。该压控振荡器面积为500×810 µm2。     

一种基于阻抗变换的低噪声LC压控振荡器设计

为了提高相位噪声性能，提出了一种基于阻抗变换模块的新型无尾电流源电感电容(LC)压控振荡器，该阻抗变换模块位于交叉耦合晶体管的漏极与栅极之间，能够减少有源器件产生的噪声，并且交叉耦合晶体管主要位于饱和区域，能够防止LC 谐振腔的品质因数降低。此外，相较于传统LC振荡器，该振荡器在低电压工作条件下能够维持低相位噪声性能，并采用0.18μｍ CMOS工艺进行了具体实现。实验结果表明:在3ＭＨｚ偏移频率的条件下，提出的振荡器相位噪声范围为-138.8ｄＢｃ / Ｈｚ~ -141.1ｄＢｃ/Ｈｚ，调谐范围增加了大约22.8％，在此调谐范围内，与其他提LC压控振荡器相比，所提方法具有更大的品质因数更，具体为191.8ｄＢｃ/Ｈｚ。     

低功耗低噪声正交压控振荡器设计

设计了一种用于WLAN 802.11 n收发机频率合成器的新颖低功耗、低相位噪声正交输出LC电压控制振荡器(QVCO)。电路设计中使用了Cadence IC5.033和ADS2004软件以及TSMC0.18μm CMOS工艺模型库,电路依靠并联的耦合支路相互作用使两个独立压控振荡器输出相位成正交,采用PMOS并联耦合支路和开关控制偏置两种新技术降低了VCO的相位噪声,其仿真结果为1 MHz频偏处-128.6 dBc/Hz和10 kHz频偏处-84 dBc/Hz。采用数字电容阵列提高了QVCO的频率调谐范围,QVCO的频率范围仿真结果为3.1 GHz~4.1 GHz。QVCO的电源电压为1.8 V,功耗17 mW。实现了低功耗正交输出压控振荡器,同时通过新颖的电路设计技术改善了相位噪声,改变了正交输出LC压控振荡器高噪声的传统观念,为今后在正交输出LC压控振荡器的设计提供了一些参考。     

一种应用于低噪声PLL的RF-VCO设计

在PLL电路设计中,压控振荡器设计是电路的关键模块,按类型又主要分为LC震荡器和环形振荡器两种,其性能直接决定了相位噪声、频率稳定度及覆盖范围。文章介绍了一款1.8 GHz的基于交叉耦合对LC结构的低噪声CMOS压控振荡器的设计,并对调谐范围、相位噪声以及电路起振条件等做了分析讨论。该设计采用0.18μm 6层金属CMOS工艺制造,模块面积为0.3 mm2,电路经过Cadence SpectreRF仿真,VCO的输出范围为1 594~2 023 MHz,中心频率1.8 GHz输出时相位噪声为-118 dBc/Hz@600 kHz,1.9 GHz输出时相位噪声为-121 dBc/Hz@600 kHz。结果表明该VCO设计达到了较宽的频率覆盖范围和较低的相位噪声,可以满足低噪声PLL的设计要求。     

20 GHz压控振荡器的设计与实现

基于TSMC 65 nm CMOS工艺,设计了一款中心频率为20 GHz的压控振荡器。对压控振荡器的尾电流源噪声、交叉耦合MOS管尺寸、电感、调谐范围等诸多参数进行了性能优化。经流片后测试,该振荡器的输出频率覆盖范围为17.78~22.13 GHz,1 MHz处的相位噪声为－100 dBc,1 V电压供压下的功耗为5.1 mW。     

一种CMOS旋转行波压控振荡器

采用0.18 μm CMOS工艺,设计了一种基于微带传输线的旋转行波压控振荡器(RTWO)。采用λ/4差分传输线代替传统交叉耦合反相器对的PMOS负载管;通过电磁场建模并优化,获得了高Q值的谐振腔模型,提高了RTWO电路的振荡频率;解决了RTWO电路旋转波形不确定的问题,电路能逆时针起振旋转。该旋转行波压控振荡器的电路版图尺寸为980 μm×1 150 μm。在1.2 V电源电压下,电路输出波形相邻相位差为45°,功耗为24 mW。振荡频率调谐范围为14.06~14.73 GHz,压控电路振荡于14.5 GHz时,其相位噪声为-95 dBc/Hz@1 MHz。     

一种面向IEEE 802.11ac标准的5 GHz LC压控振荡器

基于TSMC RF 0.18 μm CMOS工艺,设计了一种可应用于IEEE 802.11ac标准的5 GHz宽带LC压控振荡器。该振荡器采用了NMOS交叉耦合结构,同时采用了5位开关电容阵列以扩展调谐范围。开关电容阵列使压控振荡器的增益KVCO保持在一个较小的值,有效地降低了压控振荡器的相位噪声。后仿真结果表明,该压控振荡器在1.8 V电源电压下,功耗为9 mW,频率调谐范围为4.52~5.56 GHz,在偏离中心频率1 MHz处仿真得到的相位噪声为-124 dBc/Hz。该LC 压控振荡器的版图尺寸为320 μm×466 μm。     

一种低功耗C类LC压控振荡器

采用SMIC 65 nm标准CMOS工艺,设计了一种新型的低功耗电容电感压控振荡器(LC VCO)。采用幅度监测负反馈技术,保证振荡器正常启动并且工作于C类工作状态,最大程度地增加输出摆幅。与常规C类电容电感压控振荡器不同,采用电流复用技术可以在保证性能不变的情况下使VCO的功耗下降50％。后仿真结果表明,在1.2 V电源电压下,该压控振荡器的功耗为1.1 mW,相位噪声为-123 dBc/Hz @1 MHz,FOM为190,振荡频率范围为2.3~2.6 GHz,可调谐范围为12%。     

应用于DRM/DAB接收机的压控振荡器设计

论文基于SMIC0.18umCOMS工艺,设计一种宽频低功耗低相位噪声的CMOS压控振荡器,电路采用差分LC振荡器,同时采用积累型MOS可变电容、缓冲电路及经改良的开关电容阵列,以降低功耗和相位噪声,由仿真结果可知,电路频率调谐范围为2.5G~3.1G,频偏为1MHz时相位噪声分布在-118dBc/Hz~-122dBc/Hz,工作电流小于10mA,满足设计要求,可应用于DRM/DAB接收机。     

锁相环电路中压控振荡器的分析与设计

本文设计了一个应用于高频锁相环（PLL）系统的负阻LC压控振荡器,在传统LC压控振荡器基础上,通过采用二次谐波滤波技术降低了振荡器的相位噪声,并完成了电路的仿真。仿真结果表明,该压控振荡器的振荡频率在1．9—2．1GHz,其频率调节范围达到200MHz,并且在距中心频率1MHz处其相位噪声为-148．825dBc／Hz...     

一种提供5位频带切换控制的5GHz压控振荡器

设计了一种提供5位频带切换控制的5GHz电容电感压控振荡器,采用NMOS-PMOS交叉耦合结构,并且为消除电流源的闪烁噪声而应用电阻偏置调节工作电流.电路采用TSMC RF0.18μm CMOS工艺进行仿真,仿真结果显示,在1.8V电源电压下,在偏离中心频率1MHz处的相位噪声为-120.8dBc/Hz,调谐范围为24.6%,功耗仅为2.3mW.     

一种跨导线性化低相噪压控振荡器

介绍了一种跨导线性化的宽带压控振荡器,由谐振腔电路、偏置电路、可编程电容阵列组成。提出一种通过电容隔直将有源器件进行交叉耦合的谐振腔结构,实现了有源器件的跨导线性化,大幅减小了有源器件自身的固有噪声,改善了压控振荡器的相位噪声特性。通过可编程电容阵列电路,可在压控振荡器内进行频率调节,扩展了振荡频率范围。测试结果表明,压控振荡器的振荡频率覆盖5 400~7 300 MHz,频率覆盖比达26%,在7 300 MHz时,相位噪声达到-128 dBc/Hz@1 MHz。该压控振荡器可作为高性能频率合成器的核心器件,构成本振信号源,可被广泛应用于无线基站、频谱监测等多种领域。     

IOGHz 0.25μm CMOS LC压控振荡器

采用标准0.25μm CMOS工艺实现了10GHz LC压控振荡器.为了适应高频工作,并实现低相位噪声,该压控振荡器采用了手动优化的带中心抽头的对称电感,将A-MOS变容二极管与无源金属-绝缘层-金属电容串联,并采用了带LC滤波器的尾电流源.测试结果显示,当振荡频率为10.2GHz时,在1MHz频偏处相位噪声为-103.2dBc/Hz,调谐范围为11.5%.供电电压为3.3V时,核心电路功耗为9.0mW.芯片面积为0.67mm×0.58mm.     

10GHz 0.25μm CMOS LC压控振荡器

采用标准0.25μm CMOS工艺实现了10GHz LC压控振荡器.为了适应高频工作,并实现低相位噪声,该压控振荡器采用了手动优化的带中心抽头的对称电感,将A-MOS变容二极管与无源金属-绝缘层-金属电容串联,并采用了带LC滤波器的尾电流源.测试结果显示,当振荡频率为10.2GHz时,在1MHz频偏处相位噪声为-103.2dBc/Hz,调谐范围为11.5%. 供电电压为3.3V时,核心电路功耗为9.0mW. 芯片面积为0.67mm×0.58mm.     

60GHz宽调谐范围推—推压控振荡器设计

基于65nmCMOS工艺实现了60GHz推—推压控振荡器（VCO）设计。采用互补交叉耦合去尾电流源结构以降低相位噪声。压控振荡器输出包含两级缓冲放大器,第二级缓冲放大器偏置在截止区附近以增大二次谐波的输出功率。在1.2/0.8V电源电压下,压控振荡器核心和缓冲放大器分别消耗2.43mW和2.95mW。在偏离中心频率1MHz处相位噪声为-90.7dBc/Hz。输出功率为-2.92dBm。特别的,压控振荡器的调谐范围达到9.2GHz（15.3%）,与调谐范围相关的性能指标FOMT为-182.7dBc/Hz。该压控振荡器可应用于57GHz～64GHz开放频段超高速短距离无线通信。     

基于超谐波注入锁定的低相噪QVCO的设计

对基于注入锁定的正交压控振荡器(QVCO)电路进行了研究和分析,设计了一个低相位噪声、低相位误差的QVCO电路,该电路由两个电感电容压控振荡器(LC VCO)在正交相位进行超谐波耦合,通过一个频率倍增器在交叉耦合对的共模信号点注入同步信号.通过对相位误差公式的推导,提出了降低相位误差的方法,由于该电路在共模点采用二倍频取样,抑制了尾电流的闪烁噪声,降低了相位噪声.电路基于TSMC 0.18 μm互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺实现,测试结果表明,当谐振频率从4.5 GHz调谐到4.9 GHz时,在电源电压为1.8V时,电路消耗功率为13 mW,1 MHz频偏处的单边带(SSB)相位噪声为-129.95 dBc/Hz,与传统的QVCO相比,噪声性能得到了改善.