一种低功耗环形振荡器的噪声分析与设计

介绍了一种采用CSMC 0.153 μm CMOS工艺制作的差分环形振荡器。分析了环形振荡器延时单元的选取和设计原理,以及输入差分对管跨导和负载电阻对环振相位噪声的贡献,得到负载为线性区偏置MOS管时低功耗低相位噪声环振的设计方法。在相位噪声变化较小时,采用电容阵列结构拓宽了环形振荡器频率的调谐范围。测试结果表明,该环形振荡器输出频率范围为513 MHz ~1.8 GHz;在振荡频率为1.57 GHz频偏1 MHz处,相位噪声为-84.11 dBc/Hz,功耗为3.88 mW。     

一种实用的电压控制环形振荡器

本文介绍了两种在集成电路中得到广泛应用的、作为内部时钟源的环形振荡器；RC环形振荡器和电压控制环形振荡器，并对引起振荡频率变化的关键因素进行了分析。     

一种实用的电压控制环形振荡器

本文介绍了两种在集成电路中得到广泛应用的、作为内部时钟源的环形振荡器：RC环形振荡器和电压控制环形振荡器，并对引起振荡频率变化的关键因素进行了分析。     

一种实用的电压控制环形振荡器

本文介绍了两种在集成电路中得到广泛应用的，作为内部时钟源的环形振荡器，RC环形振荡器和电压控制环形振荡器，并对引起振荡频率变化的关键因素进行了分析。     

一种低压低功耗伪差分环形压控振荡器的设计

基于TSMC 28 nm CMOS工艺设计了一个伪差分结构的低压低功耗CMOS环形振荡器。电路包括偏置电路、环形振荡器和输出缓冲器。伪差分环形振荡器有五级延迟单元,延迟单元采用Maneatis对称负载。在Cadence Spectre上进行前仿真。结果表明,VCO工作在0.9 V电源电压下时,其频率调谐范围为0.65 GHz~4.12 GHz。在3.6 GHz以下频率范围内具有很好的调谐线性度。中心频率约为2.3 GHz时,其相位噪声为-79.06 dBc/Hz@1 MHz。输出缓冲电路能够实现轨对轨的输出摆幅,输出占空比可优化至50%。环形振荡器的功耗约为5.7 mW。     

一种低功耗宽频率调谐范围的伪差分环形VCO

设计了一种低功耗、宽频率调谐范围的伪差分环形压控振荡器(VCO).电路设计分为振荡环路设计和电流源设计两部分.在振荡器的振荡环路部分,提出了一种新颖的降低功耗的方法,即通过动态地调节接入振荡环路的锁存器,减小驱动电流,降低功耗;在振荡器的控制电源部分,采用gain-boost结构,设计了一款理想的可控双电流源,实现了振荡器的宽频率调谐范围.基于SMIC 65 nm工艺,在1.8V工作电压下,对振荡器进行了后仿验证.结果表明,在频率为900 MHz时,振荡器的功耗仅为3.564 mW;当控制电压在0.6～1.8 V变化时,振荡器的频率调谐范围可宽达0.495 ～1.499 GHz.     

基于0.18μm CMOS工艺的环形行波振荡器

环形行波振荡器（rotary traveling-wave oscillators, RTWOs）是近年提出的一种基于传输线的新型千兆赫兹时钟生成技术,但研究表明该技术同样适用于压控振荡器设计。与普通LC振荡电路不同,环形行波振荡器可以很方便地产生幅度一致的差分多相（360o）振荡信号。本文基于SMIC 0.18μm CMOS工艺设计实现了一个工作于5.8GHz频段的环形行波振荡器,文中同时给出了仿真结果和测试结果。芯片大小为1.5×1.5 mm2。测试结果表明环形行波振荡器实际振荡频率为5.285GHz,相应输出功率6.68dBm,距离载波1MHz处相位噪声为-102dBc/Hz。     

一种低功耗全差分交叉耦合环形振荡器设计

提出了芯片内部振荡器的一种设计方案,该振荡器采用了全差分环形振荡器的结构,其延迟单元使用了共模反馈和交叉耦合晶体管对对频率进行调节校准,抑制相位噪声能力强。还提出了一种新型的基准源结构,这种结构产生的电流温漂系数小、电源抑制比高。该设计基于CSMC 0.35μm CMOS工艺,测试结果表明,在3.3V的低电源电压下,振荡频率抖动范围很小,中心频率在11.4MHz,功耗仅为1.4mW。     

一种低电压低功耗的环形压控振荡器设计

提出了锁相环的核心部件压控振荡器(VCO)的一种设计方案.该压控振荡器采用全差分环形压控振荡器结构,其延迟单元使用交叉耦合晶体管对来进行频率调节.基于SMIC0.18μmCMOS工艺,用Hspice对电路进行了仿真.仿真结果表明,该压控振荡器具有良好的线性度,较宽的线性范围以及高的工作频率,在1.8V的低电源电压下,振荡频率的变化范围为402～873MHz,中心频率在635MHz,功耗仅为6mW,振荡在中心频率635MHz时的均方根抖动为3.91ps.     

低相位噪声CMOS环形压控振荡器的研究与设计

针对个人电脑和通讯系统对频率合成器中振荡器的低相位噪声的要求,对基本的环形振荡器结构进行改进,设计了两种宽带低相位噪声CMOS环形压控振荡器(VCO),在800 MHz振荡频率、1 MHz频偏下,测试的相位噪声分别为-123 dBc/Hz和-110 dBc/Hz.两个VCO的调谐范围分别为450～1 017 MHz和559～935 MHz.     

一种基于环振的SRAM型FPGA延迟测试方法

提出一种使用环形振荡器对SRAM型FPGA内部延迟进行精确测试的方法。该方法利用SRAM型FPGA的可重构性在其内部构造环形振荡器,通过基准信号对分频后的振荡信号周期进行测量,从而得到环振回路中逻辑部件的延迟值。应用该方法,对一款Virtex-4型FPGA的内部延迟进行测试。结果表明:在环振初始振荡频率小于芯片工作极限频率的情况下,延迟测试的误差小于1 ps,与其他检测FPGA内部延迟故障的方法相比,检测精度有很大的提高,同时,该方法对SRAM型FPGA具有较高的普遍适用性。     

低电压环形振荡器设计

提出了一种新的两级环形振荡器结构，通过控制PMOS的衬底电压，来降低PMOS管的阈值电压，从而使新的环形振荡器可以在低电压下工作到很高的频率。仿真结果表明，在电源电压为1V，调节电压在0～1V范围内变化时，振荡器的频率为300MHz-4GHz。     

推–推振荡器共用谐振器分析与低相位噪声设计

为实现低相位噪声平面振荡器,对推-推振荡器的共用谐振器与相位噪声优化方法进行了研究。提出一种基于多环式开口谐振环的差分传输线,通过加载一对耦合谐振环的方式实现2个单元振荡器之间的弱耦合,提高了共用谐振器的频率选择特性。基于该结构设计并实现了一种X波段推-推振荡器,在设计中采用一种基于振荡器有源品质因子的相位噪声优化方法。测试结果表明：该振荡器在输出二次谐波9.52 GHz处的相位噪声为-115.48 dBc/Hz@100 kHz,基波抑制度达到-54.55 dBc。     

一种基于SiGe工艺的ECL环形振荡器

介绍了一种基于SiGe平面集成电路工艺制作的ECL环形振荡器,采用15级反相器闭环结构,能够产生280 MHz高频振荡信号,振荡周期为3.58 ns,平均每级反相器延迟为119 ps。该电路结构简单、易集成、成本低,可广泛移植于各类片上系统,用作时钟信号源等。     

5Gb/s0.18μm CMOS半速率时钟与数据恢复电路设计

基于具体的系统需求,采用标准0.18μm CMOS工艺,设计了一种半速率bang-bang型时钟与数据恢复(CDR)电路。该CDR电路主要由改进型半速率鉴相器、带粗控端的环形压控振荡器(VCO)以及信道选择器等模块构成。其中,改进型半速率鉴相器通过增加四个锁存器,不但能获得较好的鉴相性能,还能使分接输出的两路数据自动实现相位对齐。带粗控端的环形VCO能够解决高振荡频率范围需求与低调谐增益需求之间的矛盾。信道选择器则能解决信道交叉出错问题。仿真结果表明,电路工作正常,在1.8V电压下,电路功耗为140mW,恢复出的时钟和数据抖动峰峰值分别为3.7ps和5ps。     

一种用于TDC的低功耗多相时钟生成电路北大核心

在无人机3D地形测绘中，作为核心模块的时间数字转换器(TDC)需要具有远距离测量能力和高测量分辨率。基于对测距系统的长续航、公里级测距能力和厘米级测量精度的综合考量，文章设计了一种用于TDC的低功耗多相位时钟生成电路。采用了伪差分环形压控振荡器，通过优化交叉耦合结构，在保证低功耗的前提下，提升了信号边缘的斜率，增强了时钟的抖动性能和对电源噪声的抑制能力。在电荷泵设计中，通过对环路带宽的考量选取了极低的偏置电流，在进一步降低功耗的同时缩小了环路滤波器的面积。基于SMIC 180 nm CMOS工艺完成了对多相时钟生成电路的设计。仿真结果表明，在400 MHz的输出频率下，环路带宽稳定在1 MHz。该电路在不同工艺角下均能达到较快的锁定速度，相位噪声为-88 dBc@1 MHz,功耗为1 mW,均方根抖动为27 ps,满足厘米级测距的精度需求。     

创新单级环形振荡器的研制

提出了一款创新的单级环形振荡电路.该电路通过采用交叉耦合结构,制造额外的极点,使单级放大电路的相位交点总是发生在增益交点之前,此时根据巴克豪森准则,电路在环路相移为180°时增益仍然大于1,因此电路可持续振荡.此外,为了验证该振荡器的实用性,设计了一款以该振荡器作为VCO的可编程锁相环.电路采用标准0.5 μm CMOS工艺制造,流片结果显示该电路最高能工作在1.005 GHz,此时相位噪声达到-81 dBc/Hz@1 MHz.     

A 22-GHz push-push CMOS oscillator using micromachined inductors

This letter presents a low phase noise 0.35-/spl mu/m CMOS push-push oscillator utilizing micromachined inductors. This oscillator results in an improvement in phase noise compared with the previously published Si-based voltage-controlled oscillators (VCOs) around 20GHz. With the high-Q inductors introduced by the micromachined structure, the oscillator achieves an oscillating frequency of 22.2GHz while exhibiting an output power of -7.5dBm with a phase noise of -110.1dBc/Hz at 1-MHz offset. This work also demonstrates the highest operating frequency among previously published Si-based VCOs using micromachined structures.     

Minimizing Phase Noise Variation in CMOS Ring Oscillators

The variation of phase noise across the frequency of operation of a CMOS ring oscillator is described analytically. The delay element of the ring oscillator considered comprises of a source-coupled differential pair with an active load element. In this circuit topology where the frequency of oscillation is varied by changing the resistance of the load, theory derived in this work predicts that phase noise will remain constant if constant output swing is maintained. Such an oscillator is designed in a 0.5 m CMOS process and the simulation results verify the theoretical analysis. Consequently, an oscillator design methodology is provided that dramatically reduces the phase noise optimization problem to just one frequency within the oscillator's output frequency range.     

A 2.4-GHz ring-oscillator-based CMOS frequency synthesizer with a fractional divider dual-PLL architecture

A 2.4-GHz frequency synthesizer was designed that uses a fractional divider to drive a dual-phase-locked-loop (PLL) structure, with both PLLs using only on-chip ring oscillators. The first-stage narrow-band PLL acts as a spur filter while the second-stage wide-band PLL suppresses VCO phase noise so that simultaneous suppression of phase noise and spur is achieved. A new low-power, low-noise, low-frequency ring oscillator is designed for this narrow-band PLL. The chip was designed in 0.35-/spl mu/m CMOS technology and achieves a phase noise of -97 dBc/Hz at 1-MHz offset and spurs of -55 dBc. The chip's output frequency varies from 2.4 to 2.5 GHz; the chip consumes 15 mA from a 3.3-V supply and occupies 3.7 mm/spl deg/.