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。     

应用于UHF RFID阅读器中低相位噪声LC VCO设计

设计了一种应用于860～960 MHz UHF RFID阅读器低相位噪声的CMOS LC压控振荡器.电路经过一个SCL结构的1/2分频器输出四相正交信号.电路设计采用SMIC 0.18μm CMOS工艺库和Cadence SpectreRF仿真器.仿真结果表明:VCO在分频前,实现了调频范围为1620～2020MHz;在振荡频率为1.8GHz时,相位噪声为-127.5dBc/Hz@lMHz;VCO经过2分频电路后,实现了调频范围为810～1010MHz;在频率900MHz,其相位噪声-133.5dBc/Hz@1MHz.     

1.8 V低相位噪声全集成LC压控振荡器的设计

介绍了一种全集成的LC压控振荡器(VCO)的设计。该电路的中心频率为3.8 GHz,电源电压为1.8 V,采用0.18μm CMOS工艺制作。测试结果表明,VCO的相位噪声在偏离中心频率1 MHz时达到-126 dBc/Hz,调谐范围达到9%,VCO核心电路功耗小于8 mW。     

单片UHF RFID阅读器中VCO及其预分频器设计

提出了一种应用于860～960 MHz UHF波段单片射频识别(RFID)阅读器的低相位噪声CMOS压控振荡器(VCO)及其预分频电路.VCO采用LC互补交叉耦合结构,利用对称滤波技术改善相位噪声性能,预分频电路采用注入锁定技术,用环形振荡结构获得了较宽的频率锁定范围.电路采用UMC 0.18 μm CMOS工艺实现,测试结果表明:VCO输出信号频率范围为1.283～2.557 GHz,预分频电路的频率锁定范围为66.35%,输出四相正交信号.芯片面积约为1 mm×1 mm,当PLL输出信号频率为895.5 MHz时,测得其相位噪声为-132.25 dBc/Hz@3 MHz,电源电压3.3 V时,电路消耗总电流为8 mA.     

一种高性能全差分双环路VCO的设计

设计了一种基于SMIC 0.18μm RF 1P6MCMOS工艺的高性能全差分环形压控振荡器(ring-VCO),采用双环连接方式,并运用交叉耦合正反馈来提高性能。在1.8V电源电压下对电路进行仿真,结果表明:1)中心频率为500MHz的环形VCO频率调谐范围为341～658MHz,增益最大值Kvco为-278.8MHz/V,谐振在500MHz下VCO的相位噪声为-104dBc/Hz@1MHz,功耗为22mW;2)中心频率为2.5GHz的环形VCO频率调谐范围为2.27～2.79GHz,增益最大值Kvco为-514.6MHz/V,谐振在2.5GHz下VCO的相位噪声为-98dBc/Hz@1MHz,功耗为32mW。该VCO适用于低压电路、高精度锁相环等。     

1.9～5.7 GHz宽带低噪声BiCMOS LC VCO

设计了一种宽带、低相位噪声差分LC压控振荡器(VCO)。所设计的电路采用开关电容阵列和开关电感,实现了多波段振荡输出。对负阻环节跨导进行了优化设计,将热噪声控制在最小范围内,同时采用高品质因数片上螺旋电感,以减小电路的噪声干扰。采用台积电(TSMC)0.35μmSiGe BiCMOS工艺制作了流片,并进行了仿真和硬件电路实验。实测结果表明,当调谐电压为0～3.3 V时,可设定VCO工作在6个波段(1.9～2.1 GHz,2.1～2.4 GHz,2.4～3.0 GHz,3.0～3.4 GHz,3.4～4.2 GHz,4.2～5.7 GHz),此6波段连续可调,构成了1.9～5.7 GHz宽带VCO;VCO的中心频率为2.4 GHz、偏离中心频率为1 MHz时实测相位噪声为-111.64 dBc/Hz;在3.3 V电源电压下实测核静态电流约为1.8 mA,从而验证了宽带、低噪声BiCMOS LC VCO设计方案之正确性。     

单片CMOS UHF RFID阅读器中低噪声LC VCO的设计

设计了一种应用于单片CMOS超高频射频识别阅读器中的低功耗、低相位噪声LC VCO。根据超高频射频识别阅读器的系统架构和协议要求,对本振相位噪声要求做出详细讨论;采用LC滤波器和低压差调压器分别对尾电流源噪声和电源噪声进行抑制,提高了VCO相位噪声性能。电路采用IBM 0.18μm RF CMOS工艺实现,电源电压3.3 V时,偏置电流为4.5 mA,中心频率为1.8 GHz,在频偏1 MHz处,相位噪声为-136.25 dBc/Hz,调谐范围为30%。     

采用SiGe工艺的低相位噪声压控振荡器

采用0.35μm-BiCMOS-SiCe工艺,设计了单片集成的低相位噪声差动压控振荡器。在电路设计中,需要的在VCO的三个主要性能参数:可调范围、功耗、相位噪声间作出折中的考虑。最终设计的VCO电路工作电压为3.3V,核心电路的功耗为10mV。在1MHz频率偏移下的相位噪声为-114dBc/Hz。振荡频率范围为5.825GHz～5.065GHz,相应的调谐电压为0～2.2V。最后得出结论:0.35μm-SiGe的性能优于0.18μm- CMOS的性能     

一种核心尺寸可缩放的低相位噪声LC VCO设计

基于TSMC 0.13μm互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺,设计了一种用于多标准移动收发机的核心尺寸可缩放LC压控振荡器(VCO)。理论分析表明,当核心电流较小时,较大尺寸的VCO具有较低的相位噪声,而当核心电流较大时,较小尺寸的VCO具有较低的相位噪声,因此,该文将VCO的核心尺寸设置成可随电流变化的缩放尺寸。最终芯片测试结果表明,在核心电流为4.2mA,振荡频率5GHz的情况下,VCO的相位噪声为-121.6dBc/Hz@1 MHz;在核心电流为16 mA,振荡频率5GHz的情况下,VCO的相位噪声为-128.5dBc/Hz@1 MHz。     

基于0.18μm SiGe BiCMOS工艺的60GHz VCO分析与设计

采用0.18 μm SiGe BiCMOS工艺,设计了一个60GHz的交叉耦合差分压控振荡器(VCO).通过分析传输线的性能,用λ/ 4短路传输线构造谐振回路.在分析VCO相位噪声的基础上,采用噪声滤波技术提高VCO的相位噪声性能.该VCO的工作电压为2.2V,偏置电流为11mA,频率调谐范围为58.377GHz～60.365GHz.当振荡频率为60.365GHz时,1MHz和10MHz频偏处的相位噪声分别为-79.1dBc/ Hz和-99.77dBc/ Hz.     

A Low‐Spur CMOS PLL Using Differential Compensation Scheme

This paper proposes LC voltage‐controlled oscillator (VCO) phase‐locked loop (PLL) and ring‐VCO PLL topologies with low‐phase noise. Differential control loops are used for the PLL locking through a symmetrical transformer‐resonator or bilaterally controlled varactor pair. A differential compensation mechanism suppresses out‐band spurious tones. The prototypes of the proposed PLL are implemented in a CMOS 65‐nm or 45‐nm process. The measured results of the LC‐VCO PLL show operation frequencies of 3.5 GHz to 5.6 GHz, a phase noise of –118 dBc/Hz at a 1 MHz offset, and a spur rejection of 66 dBc, while dissipating 3.2 mA at a 1 V supply. The ring‐VCO PLL shows a phase noise of –95 dBc/Hz at a 1 MHz offset, operation frequencies of 1.2 GHz to 2.04 GHz, and a spur rejection of 59 dBc, while dissipating 5.4 mA at a 1.1 V supply.     

一种带有开关电流源的低相噪压控振荡器

提出一种带有开关电流源的电感电容压控振荡器（LC VCO）。该技术通过反馈电容将电感电容压控振荡器的输出耦合到电流源,形成了电流源的开关特性,从而减小了电感电容压控振荡器的相位噪声。提出的电感电容压控振荡器采用华虹 NEC的0.18μm SiGe BiCMOS工艺,工作频率为5.7 GHz,相位噪声为-113.0 dBc/Hz@1MHz,功耗为2.3 mA。在其他性能相同的情况下,提出的电感电容压控振荡器的振荡频率比典型的电感电容压控振荡器的相位噪声小4.5 dB。     

Dual-band ultra-wide tuning range CMOS voltage-controlled oscillator

A dual-band wide-tuning range LC CMOS voltage controlled oscillator (VCO) topology is proposed. Dual-band operation is realised by employing a double-tuned double-driven transformer as a resonator. The proposed approach eliminates MOS switches, which are typically used in multi-standard oscillators, and thus improves phase noise and tuning range characteristics. The concept is demonstrated through the design of an LC VCO in a standard 0.18 mum CMOS process. Two frequency bands are realised (2.4 and 6 GHz) with 740 MHz tuning range in the first band and 1.56 GHz tuning range in the second band. Operating from a 1.8 V supply, the VCO has a simulated phase noise of -119 dBc/Hz in the 2.4 GHz band and -110 dBc/Hz in the 6 GHz band at 600 KHz offset from the carrier     

频率覆盖3.2～6.1 GHz的CMOS LC VCO

通过提高MIM电容的调整范围,实现了一个覆盖3.2～6.1 GHz的CMOS LC VCO.该VCO使用0.18μm射频CMOS工艺制作,芯片面积约为1260μm×670μm.当输出5.5GHz时,VCO内核消耗功率为17.5mW;在100kHz频偏处的相位噪声是～101.67dBc/Hz.     

全集成低功耗低相位噪声差分LC压控振荡器设计

介绍了一个针对全球定位系统接收机的全集成差分LC压控振荡器设计.该设计采用互补交叉耦合晶体管对结构,去掉了尾电流源以消除其热噪声对相位噪声的影响.考虑到低功耗低相位噪声表现,文中给出设计步骤.该设计经台积电0.18 μm射频CMOS工艺进行流片验证.在1.5 V的供电电压下,VCO振荡于3.14 GHz,仅消耗1.2 mA.在频偏600 kHz和1 MHz的情况下,其相位噪声分别为-113 dBc/Hz和-118 dBc/Hz.     

Fully Differential 5‐GHz LC‐Tank VCOs with Improved Phase Noise and Wide Tuning Range

In this paper, we propose two LC voltage‐controlled oscillators (VCOs) that improve both phase noise and tuning range. With both 1/f induced low‐frequency noise and low‐frequency thermal noise around DC or around harmonics suppressed significantly by the employment of a current‐current negative feedback (CCNF) loop, the phase noise in the CCNF LC VCO has been improved by about 10 dB at 6 MHz offset compared to the conventional LC VCO. The phase noise of the CCNF VCO was measured as ?112 dBc/Hz at 6 MHz offset from 5.5 GHz carrier frequency. Also, we present a bandwidth‐enhanced LC VCO whose tuning range has been increased about 250 % by connecting the varactor to the bases of the cross‐coupled pair. The phase noise of the bandwidth‐enhanced LC‐tank VCO has been improved by about 6 dB at 6 MHz offset compared to the conventional LC VCO. The phase noise reduction has been achieved because the DC‐decoupling capacitor Cc prevents the output common‐mode level from modulating the varactor bias point, and the signal power increases in the LC‐tank resonator. The bandwidth‐enhanced LC VCO represents a 12 % bandwidth and phase noise of ?108 dBc/Hz at 6 MHz offset.     

宽带低相噪CMOS LC VCO的设计

设计了一款宽带CMOSLCVCO,在分析VCO相位噪声来源的基础上,对VCO进行了结构优化和噪声滤除,并采用了开关电容阵列以增加带宽。电路采用0.18μmCMOS射频工艺进行流片验证,芯片面积为0.4mm×1mm。测试结果显示:芯片的工作频率为3.34～4.17GHz,中心频率为4.02GHz时输出功率是-9.11dBm,相位噪声为-120dBc/Hz@1MHz,在1.8V工作电压下的功耗为10mW。     

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。