基于变压器磁调谐的双模W波段VCO

提出了一种基于变压器的用于无变容管W波段压控振荡器(VCO)的磁调谐技术。通过控制变压器磁调谐线圈所连接MOS管的开关状态,引入了四个重叠的频率子带。所提出的可切换的六线圈变压器采用40 nm CMOS工艺的顶层厚金属设计,实现了较高的输出频率稳定性和谐振腔品质因数。所采用的技术在对相位噪声的不利影响最小的情况下扩展了调谐范围,实现了无变容管W波段VCO的宽调谐范围和低功耗。所设计的双模W波段VCO输出频率为84.2～107.5 GHz,频率调谐范围大于24%,在1 V电源电压下功耗仅6.1 mW,在10 MHz偏移处的相位噪声为-107.203～-97.875 dBc/Hz。     

一种基于开关电容调谐的宽带压控振荡器设计

设计了一种频率可调范围约600 MHz的全集成CMOS LC宽带压控振荡器.该压控振荡器工作电压为3.3 V,基于Chartered 0.25 μm 标准CMOS工艺设计,利用开关电容调谐的方法扩大其调谐范围.测试结果表明:该压控振荡器工作在中心频率为1.9 GHz时,单边带相位噪声为-85 dBc/10 kHz,调谐范围达到32%.     

基于片上变压器的3.16-7GHz CMOS压控振荡器设计

摘要：本文基于片上变压器的四阶谐振腔实现宽带低相位噪声压控振荡器设计。与传统的宽带压控振荡器相比,在不影响相位噪声性能的情况下能获得几乎2倍于LC-VCO的频率调谐范围,缓和了频率调谐范围与相位噪声之间的限制关系。对变压器的耦合系数与频带选择以及品质因数之间的关系进行了详细的分析。与传统的八边形结构相比,变压器采用圆形共面非对称的中心抽头结构,Q值较高,相位噪声较低。本文采用TSMC 0.18μm工艺实现,在低频和高频模式下输出频率分别覆盖3.16~4.64GHz和4.5~7.01GHz,可实现3.16~7.01GHz连续频率调节,频率调谐范围达75%。在1.8 V供电电压下,消耗直流电流在高频和低频模式下分别为6.3和4.9mA。在载频3.1, 4.5, 5.1, 和 6.6GHz处频相位噪声分别为-122.5, -113.3, -110.1, 和 -116.8dBc/Hz。芯片面积为1.2 mm×0.62mm。     

UHF RFID阅读器中线性化调谐增益压控振荡器设计

基于标准0.18μm RF-CMOS工艺,实现了一个可应用于UHF RFID阅读器的低相位噪声、线性化调谐增益(Kvco)、恒定子带间距的压控振荡器.该振荡器包括开关变容管阵列和开关电容阵列,实现了调谐增益线性化及子带间距恒定化.仿真结果表明,当压控振荡器在1.52GHz至2.16 GHz(35.5％)的频率范围变化时,调谐增益从40 MHz/V变化到51 MHz/V(21.5％),子带间距变化为34 MHz到51 MHz,相位噪声在1.8 GHz时为-133.8 dBc/Hz@1MHz.在低压差线性稳压器(LDO)输出电压为2.5V的条件下,整个电路消耗电流约5.2mA.     

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.     

应用于GSM直接调制发射机的宽带压控振荡器

设计了一个应用于GSM850/EGSM900/DCS1800/PCS1900四频带直接调制锁相环发射机的宽带电感电容压控振荡器,采用温度计编码控制开关电容阵列,获得了宽频率覆盖范围,通过优化获得了良好的相位噪声性能.整个电路采用TSMC 0.18μm工艺实现,工作电压为3 V.仿真结果表明:压控振荡器的频率范围3 055～4 176 MHz(31%),调谐增益19 MHz/V变化至44MHz/V,相对最大调谐增益的变化值为56.8%,频偏20 MHz处相位噪声达到-155.7 dBc/Hz以下,最大功耗30 mW.     

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。     

宽带低相位噪声CMOS环型压控振荡器的设计与研究

采用一种环型电路结构,设计了一个1.3GHz宽带线性压控振荡器.采用 TSMC 0.18μm RF CMOS 工艺,利用 CadenceSpectreRF 完成对电路的仿真.结果显示,在电源电压Vdd =1.8 V 时,控制电压范围为 1.0～1.18 V,频率的变化范围为800 MHz～2.1GHz,相位噪声为-105 dBc/Hz@1 MHz.很好地解决了相位噪声与调谐范围之间的矛盾.     

使用三位三阶Δ∑调制器的集成1GHz小数频率合成器

本文实现了一个采用三位三阶Δ∑调制器的高频谱纯度集成小数频率合成器.该频率合成器采用了模拟调谐和数字调谐组合技术来提高相位噪声性能,优化的电源组合可以避免各个模块之间的相互干扰,并且提高鉴频鉴相器的线性度和提高振荡器的调谐范围.通过采用尾电流源滤波技术和减小振荡器的调谐系数,在片压控振荡器具有很低的相位噪声,而通过采用开关电容阵列,该压控振荡器达到了大约100MHz的调谐范围,该开关电容阵列由在片数字调谐系统进行控制.该频率合成器已经采用0.18μm CMOS工艺实现,仿真结果表明,该频率频率合成器的环路带宽约为14kHz,最大带内相位噪声约为-106dBc/Hz;在偏离载波频率100kHz处的相位噪声小于-120dBc/Hz,具有很高的频谱纯度.该频率合成器还具有很快的反应速度,其锁定时间约为160μs.     

5GHz0.18μm CMOS宽带LC VCO

采用0.18μm RF CMOS工艺,设计了一个5GHz的宽带电感电容压控振荡器。该压控振荡器的电路结构选用互补交叉耦合型,采用噪声滤波技术降低相位噪声,并采用开关电容阵列扩展其调谐范围。后仿真结果表明,实现了4.44～5.44GHz的宽调谐。振荡器的电源电压为1.8V,工作电流为2.78mA,版图面积为0.37mm2。     

应用于毫米波系统的宽调谐范围SCTL-VCO

采用45 nm SOI CMOS工艺,设计了一种应用于毫米波系统的宽调谐范围VCO。采用具有高Q值且长度可灵活设计的开关耦合传输线(SCTL)作为谐振腔电感,通过控制耦合开关改变传输线的等效感值,在保持低相位噪声、不增加功耗和面积的情况下,提高了VCO的调谐范围。后仿真结果表明,不使用耦合开关的TL-VCO的调谐范围为45.6~57.1 GHz(22.4%),SCTL-VCO的调谐范围为42.25~59.92 GHz(34.6%)。相比TL-VCO,SCTL-VCO的调谐范围增大了53.7%。在整个调谐范围内,相位噪声为-112.1~-120.4 dBc/Hz@10 MHz,相应的FOM和FOMT分别为-178.3~-182.6 dBc/Hz和-189.1~-193.4 dBc/Hz,电源电压为0.7 V,VCO核心功耗为8.6~10.8 mW,面积为0.005 4 mm²。     

一种低噪声C类LC压控振荡器的设计

为了改善压控振荡器相位噪声,基于40 nm CMOS工艺,设计一种低噪声C类LC压控振荡器。交叉耦合NMOS对管通过电流镜偏置作为电路的电流源,并采用共模反馈偏置电路使交叉耦合PMOS对管工作在饱和区,保证LC压控振荡器实现C类振荡。通过差分可变电容的设计,压控振荡器的增益减小,压控振荡器的相位噪声得到改善。设计了4组开关电容进行调节,增大压控振荡器的调谐范围。仿真结果表明,处于1.2 V的电压下,压控振荡器振荡频率范围在4.14～5.7 GHz,频率调谐范围变化率达到31.2%,相位噪声为-112.8 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．     

一种低调谐增益变化、自适应功率控制的宽带电感电容压控振荡器

本文提出了一种电感电容宽带压控振荡器结构。为解决宽输出频率范围对振荡器调谐增益和起振条件的影响,设计了具有优化单位值的二进制开关可变电容阵列和二进制开关负阻抗阵列。该振荡器采用0.18um工艺制造,其输出频率范围约为1.9-3.1GHz。在1.8V电压下,消耗电流为14.2mA-4mA。测试结果表明,采用本文所提出调谐增益抑制技术,在整个频率调谐范围内调谐增益的变化为50-60MHz/V. 在3GHz频率处1MHz频偏下的相位噪声为-117dBc/Hz.     

一种UHF频段小数分频频率综合器设计与实现

基于130 nm CMOS工艺设计了一款特高频(UHF)频段的锁相环型小数分频频率综合器.电感电容式压控振荡器(LC VCO)片外调谐电感总值为2 nH时,其输出频率范围为1.06～1.24 GHz,调节调谐电感拓宽了频率输出范围,并利用开关电容阵列减小了压控振荡器的增益.使用电荷泵补偿电流优化了频率综合器的线性度与带内相位噪声.此外对电荷泵进行适当改进,确保了环路的稳定.测试结果表明,通过调节电荷泵补偿电流,频率综合器的带内相位噪声可优化3 dB以上,中心频率为1.12 GHz时,在1 kHz频偏处的带内相位噪声和1 MHz频偏处的带外相位噪声分别为-92.3和-120.9 dBc/Hz.最小频率分辨率为3 Hz,功耗为19.2 mW.     

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。     

低相位噪声、宽调谐范围LC压控振荡器设计

基于开关电容和MOS可变电容相结合的电路结构,设计了一种分段线性压控振荡器,很好地解决了相位噪声与调谐范围之间的矛盾.另外,在尾电流源处加入电感电容滤波,进一步降低相位噪声.采用TSMC 0.18(m CMOS工艺,利用Cadence中的SpectreRF对电路进行仿真,当电源电压VDD=1.8V时,其中心频率为1.8GHz,可调频率为1.430～2.134GHz,调谐范围达到37%,在偏离中心频率1MHz处,相位噪声为-131dBc/Hz,静态工作电流为5.2mA.     

一个4.2至5吉赫兹，低相位噪声，低调谐增益，等子频带间距的电感电容型压控振荡器

随着电感电容型压控振荡器调谐频率的增加,综合设计其中的负阻单元及可变电容,以同时达到宽调谐范围、低相位噪声、等子频带间距和低调谐增益输出频率的目标正变得越来越困难。本文中的压控振荡器通过设计一组开关可变电容阵列来解决这个问题,我们在0.18 μm CMOS工艺上实现了这个设计,并优化了相位噪声性能。测试表明,1兆赫兹频偏处的相位噪声达到-120dBc/Hz,调谐范围为4.2吉赫兹至5吉赫兹,调谐增益为8-10MHz/V,压控振荡器在1.5伏电源电压下至多消耗4毫安电流。     

基于改进开关可调电容的宽调谐太赫兹频率源设计

针对太赫兹频率源调谐范围窄的问题,基于普通PMOS可变电容设计了一种改进的开关可调电容,实现了电容变化的单调性,并基于该电容结合衬底调谐方式设计了一种宽调谐范围、高输出功率的压控振荡器（Voltage-controlled oscillator, VCO）。将设计的VCO结合二倍频器实现了一种工作在太赫兹频段的,具有较宽调谐范围及较高输出功率的太赫兹频率源。使用40 nm CMOS工艺设计的太赫兹频率源输出频率为146.3～168.5 GHz,调谐范围14.1%,并同时具有最高1.3 dBm的输出功率,其在10 MHz频偏处的相位噪声最优为-105.52 dBc/Hz。     

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。