采用有源电感的小面积宽可调范围VCO

为了实现电感-电容压控振荡器(LC VCO)的全集成和小面积,同时使其振荡频率具有较宽的可调范围和较低的相位噪声,采用差分有源电感和Q值增强共源共栅电路结构,对LC VCO进行设计。采用差分有源电感代替螺旋电感,减小了芯片面积,并利用有源电感的可调性,增大了振荡频率的可调范围。采用Q值增强共源共栅电路结构,增加了LC VCO的输出功率和Q值,进而减小了相位噪声。基于TSMC 0.18 μm RF CMOS工艺,采用Cadence仿真工具对LC VCO进行仿真验证。结果表明,LC VCO振荡频率的可调范围高达129%,在偏离最大振荡频率1 MHz处,最低相位噪声为-121.4 dBc/Hz,直流功耗为11 mW,优值FOMT(考虑到调谐范围)为-193.6 dBc/Hz。     

采用可调谐高Q有源电感的高优值VCO的研究

对采用新型可调谐、高Q的有源电感(THQAI)的高优值(FOM)压控振荡器(VCO)进行了研究。在LC振荡回路模块中,利用THQAI具有高Q值、较宽调谐范围的特性,分别实现了VCO的低相位噪声和宽的频率调谐范围;在负阻电路模块中,将电流进行复用,使其只有一条直流工作支路,降低了VCO的功耗,又由于电路中的MOS晶体管始终工作在饱和区,进一步降低了VCO的相位噪声;在输出缓冲级,采用共源NMOS晶体管,放大了该VCO的输出波形。最终,这些技术手段使得VCO的调谐范围、相位噪声和功耗均得到了改善,因此获得了高的FOM值。基于TSMC 0.13μm CMOS工艺库,利用射频集成电路设计工具ADS对该VCO进行性能验证。结果表明,该VCO的振荡频率调谐范围高达73%,最低相位噪声仅为-123dBc/Hz,且功耗仅为13.4mW,FOM值为-195.1dBc/Hz,具有较好的综合性能。     

U波段小数分频锁相环型频率综合器

使用0.18μm1.8VCMOS工艺实现了U波段小数分频锁相环型频率综合器,除压控振荡器(VCO)的调谐电感和锁相环路的无源滤波器外,其他模块都集成在片内。锁相环采用了带有开关电容阵列(SCA)的LC-VCO实现了宽频范围,使用3阶MASHΔ-Σ调制技术进行噪声整形降低了带内噪声。测试结果表明,频率综合器频率范围达到650～920MHz;波段内偏离中心频率100kHz处的相位噪声为-82dBc/Hz,1MHz处的相位噪声为-121dBc/Hz;最小频率分辨率为15Hz;在1.8V工作电压下,功耗为22mW。     

双耦合跨导增强型低功耗压控振荡器

设计了一种工作于Ku波段和Ka波段的新型电容电感压控振荡器(LC VCO),具有低功耗和低相位噪声的优点。Ku波段的信号由交叉耦合LC VCO产生,在此基础上利用PMOS push-push倍频器结构,将信号频率由Ku波段扩展到Ka波段。采用互补型交叉耦合对结构,通过电流复用技术,提高信号的输出摆幅。同时该结构通过电容分裂技术和栅极漏极阻抗平衡技术,降低了功耗和相位噪声。该双频段VCO芯片基于0.13μm CMOS工艺实现,尺寸为0.88 mm×0.64 mm。测试结果表明,在1.25 V电源电压下,该VCO的功耗为2.25 mW。14.53 GHz时,该VCO在偏移中心频率1 MHz和10 MHz处的输出相位噪声分别为-115.3 dBc/Hz和-134.8 dBc/Hz, 29.08 GHz时的输出相位噪声分别为-109.67 dBc/Hz和-129.23 dBc/Hz。     

1．3～2．2 GHz低噪声低功耗 CMOS LC VCO的设计

基于TSMC 0．18μm RFCMOS工艺,设计并实现了一个宽带低功耗低相位噪声的高性能压控振荡器（VCO）．为实现1．3～2．2 GHz调谐范围,VCO采用7‐bit（128根调谐曲线）固定电容阵列,同时也获得了超低的增益,降低了相位噪声．为弱化宽调谐范围带来的增益波动,VCO采用3‐bit可变电容阵列来提升低带曲线的斜率,以期与高带一致．为实现每根曲线的宽线性范围,可变电容采用分布式偏置电压技术．为降低相位噪声,还提出了一种输出零偏置架构以及电流源噪声滤除技术．测试结果表明,调谐电压的线性范围为0．2～1．6 V ;VCO输出频率范围为1．3～2．17 GHz ;高带调谐曲线叠合超过50％,低带超过80％;VCO增益仅为19 M Hz／V ;增益波动范围为13～25 M Hz／V ．当振荡频率为1312 M Hz ,1 M Hz 频偏处相位噪声为－116．53 dBc／Hz ;当振荡频率为2152 M Hz ,1 M Hz频偏处相噪为－112．78 dBc／Hz ．VCO功耗电流为1．2～3．2 mA ,电源电压为1．8 V ．提出的VCO既能提供51％的频率覆盖,又能实现低相位噪声,已经被成功应用于工业自动化无线传感网（WIA ）射频收发机芯片中．     

基于栅极电感反馈的CMOS差分Vacker VCO设计

提出了一种基于栅极电感反馈的Vacker压控振荡器(VCO),该结构能够改善电路的负阻抗,进而使得电路易于起振。对晶体管的负载效应和振幅稳定性的分析表明,该Vacker VCO相比较于Colpitts VCO,具有更好的振幅稳定性,进而改善了VCO的相位噪声。基于0.13-μm RF CMOS工艺,对该Vacker VCO进行了设计与芯片实现,测试结果表明：在消耗4.2 mW功耗的前提下,该VCO振荡频率为11 GHz～12.6 GHz,在11.8 GHz振荡频率处,相位噪声为-115.1 dBc/Hz@1 MHz,品质因数FOM指标达到-190.3 dBc/Hz。     

一种2 μm GaAs HBT低相噪宽带VCO

提出了一种2 μm GaAs HBT工艺的低相噪宽带压控振荡器(VCO)。与CMOS工艺相比,采用HBT工艺设计的VCO噪声性能更好,具有较大的电流放大倍数和跨导。该VCO采用差分 Colpitts 结构,并对无源器件进行结构优化,在4.1 GHz处,片上螺旋电感的品质因数超过21,实现了较低的相位噪声。通过二极管组成变容阵列,实现了较宽的调谐范围。流片测试结果表明,VCO 调谐范围为3.370~4.147 GHz,最大输出功率为－16.13 dBm,直流功耗为43 mW。在振荡频率为 4.1 GHz 时,相位噪声为－125.2 dBc/Hz@1 MHz。该VCO在相对较宽的调谐范围内实现了较低的相位噪声。     

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.     

基于CMOS工艺宽带LC压控振荡器研究

设计了一种应用于无线通信系统的宽带电感电容(LC)压控振荡器(VCO),电路采用开关电容阵列获得了宽频率覆盖范围;利用开关可变电容阵列减小了调谐增益变化;并通过采用高品质因数的差分电感和噪声滤波技术获得了低相位噪声.电路设计采用SMIC 0.18 μm CMOS工艺.仿真结果表明:在工作电压为1.8 V时,直流功耗为9 mW,压控振荡器的频率范围870～1500 MHz(53%),调谐增益在67 MHz/V至72 MHz/V之间.相位噪声优于-100 dBc/Hz@100 kHz.     

一种应用于多频接收机的宽带频率综合器

采用0.18µm 1P6M CMOS工艺实现了一种应用于多频接收机的整数分频频率综合器。该频率综合器为接收机提供频率分别为2.57GHz, 2.52GHz, 2.4GHz 和 2.25GHz的本振信号。为了覆盖要求的频点,其宽带压控振荡器同时采用了可变电容阵列和可变电感阵列。经测试,压控振荡器的频率调谐范围为1.76GHz~2.59GHz。对于频率为2.57GHz, 2.52GHz, 2.4GHz 和 2.25GHz的载波,在1MHz频偏处,相位噪声分别为-122.13dBc/Hz、-122.19dBc/Hz、-121.8dBc/Hz和-121.05dBc/Hz。其带内相位噪声分别为-80.09dBc/Hz、-80.29dBc/Hz、-83.05dBc/Hz 和-86.38dBc/Hz。包括驱动电路在内的芯片功耗约为70mW。芯片面积为1.5mm×1mm。