一种高工作频率、低相位噪声的CMOS环形振荡器

采用全开关状态的延时单元和双延时路径两种电路技术设计了一种高工作频率、低相位噪声的环形振荡器。环路级数采用偶数级来获得两路相位相差90°的正交输出时钟,芯片采用台湾TSMC0.18μmCMOS工艺。测试结果表明,振荡器在5GHz的工作频率上,在偏离主频10MHz处相位噪声可达-89.3dB/Hz。采用1.8V电源电压时,电路的功耗为50mW,振荡器核芯面积为60μm×60μm。     

用于微处理器时钟同步PLL的VCO设计

研究了一种用于微处理器时钟同步PLL的高带宽低噪声的压控振荡器(VCO),该VCO采用了交叉耦合的电流饥饿型环形振荡器,通过改善其控制电压变换电路,大大拓宽了压控增益的线性范围,消除了振荡器对控制电压的影响,降低了输出时钟的相位噪声.基于CSMC 3.3 V 0.35 μm CMOS工艺的仿真结果表明,取延迟单元沟道长度为1 μm、中心频率为365 MHz时,压控增益为300 MHz/V,其线性区覆盖范围是30～700 MHz,在偏离中心频率600 kHz处的相位噪声为-95 dB/Hz,低频1/f噪声在-20 dB/Hz以下.该VCO可以通过适当减小延迟单元沟道长度来拓宽压控增益线性范围.     

GPS射频接收芯片中低功耗压控振荡器的设计

设计了一种应用于GPS射频接收芯片的低功耗环形压控振荡器.环路由5级差分结构的放大器构成.芯片采用TSMC 0.18 μm CMOS工艺,核心电路面积0.25 mm×0.05 mm.测试结果表明,采用1.75 V电源电压供电时,电路的功耗约为9.2 mW,振荡器中心工作频率为62 MHz,相位噪声为-89.39 dBc/Hz @ 1 MHz,该VCO可应用于锁相环和频率合成器中.     

一种低电源电压敏感度伪差分环形振荡器

基于0.18 μm CMOS工艺,提出了一种低电源电压敏感度的环形振荡器电路。分析了电源噪声和衬底噪声的产生与耦合机制,以应对相位噪声的影响。对二级伪差分环形振荡器的电源电压敏感度进行了定量分析。基于分析结果,设计了基于电流源的补偿偏置电路,有效降低了环形振荡器的电源电压敏感度。后端仿真结果表明,振荡器的电源电压敏感度达到0.05%@1% VDD,功耗为4.5 mW。     

超低电压正交压控振荡器设计

提出一种新的低压正交压控振荡器(QVCO)结构,该结构由两个完全相同的低压压控振荡器经过背栅耦合方式实现.背栅耦合方式使压控振荡器实现正交的输出时钟并且降低了功耗和输出相位噪声.该设计中的QVCO电路采用中芯国际0.13μm 1P8M标准CMOS工艺,可以工作在0.35V的电源电压下,总的功耗为1.75mW,输出时钟频率为5.34GHz,偏离主频1MHz处的相位噪声为-110.5dBc/Hz,对应该相位噪声的FOM(FigureOf-Merit)为-182.62dBc/Hz,频率调谐范围为4.92~5.34GHz.该QVCO可以在更低的电源电压下实现低的相位噪声,且拥有较高的FOM值.     

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.     

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.     

超宽带无线收发机中的正交LC VCO设计

基于SMIC 0.18 μm CMOS工艺设计了一种可应用于MB-OFDM UWB无线收发机的宽带正交压控振荡器(QV-CO,Quadrature VCO).在研究VCO的相位噪声理论的基础上,采用了优化噪声的电路结构.此外,鉴于片上螺旋电感在VCO设计中的重要性,采用了一种快速选取工艺库螺旋电感的方法.仿真结果显示,QVCO的频率调谐范围为3.4～4.5 GHz,在1 MHz频率偏移处,相位噪声小于-119.6 dBc/Hz.在1.8 V电源电压下,电路总功耗为27 mw.     

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。     

数字控制振荡器的设计和顶层模型

采用0.18 μm CMOS六层金属工艺,利用带中心抽头的对称螺旋电感和新型电容调谐阵列构成的LC谐振回路,设计并实现了一种低功耗低相位噪声的数字控制振荡器(DCO).流片测试结果表明,相位噪声在1 MHz偏移频率处为-119.77 dBc/Hz.电路采用1.8V电源供电,消耗约4.9mA电流,当电源电压降到1.6V时,消耗约4.1 mA的核心电路电流,此时,相位噪声在1 MHz频偏处仍达到-119.1 dBc/Hz.为了提高全数字锁相环设计效率,采用硬件描述语言,构建了一种适用于全数字锁相环的仿真模型.该模型能大大缩短早期系统级架构选择和算法级行为验证的时间.     

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。     

1.6 GHz电荷泵锁相环的设计

设计并实现了一种整数型1.6 GHz电荷泵锁相环,分析了具体电路,并给出设计考虑.该电荷泵锁相环采用0.18 μm CMOS混合信号工艺制造.测试结果表明,电路中心频率1.6 GHz,偏离中心频率1 MHz处的相位噪声为-92.19 dBc/Hz;在1.8 V电源电压下,电路功耗为10 mW.芯片尺寸为100 μm×100 μm.     

无线传感网SoC芯片中4.8GHz压控振荡器设计

采用SMIC 0.18 μm 1P6 M RF CMOS工艺设计了一个4.8 GHz LC压控振荡器,该压控振荡器应用于无线传感SoC芯片射频前端频率综合器中.电路核心采用带电阻反馈的差分负阻结构,因此具有良好的相位噪声性能;2bit的开关电容阵列进一步提高了电路的调谐范围;共源级输出缓冲提供了较好的反向隔离度.所设计的芯片版图面积为600 μm×475μm.在电源电压为1.8 V时,后仿真结果表明,电路调谐范围最高可达40%,有效地补偿了工艺角偏差;在4.95 GHz处,后仿真测得的相位噪声为-125.3 dBc/Hz @ 3 MHz,优于系统要求5.3 dB;核心电路工作电流约5.2 mA.     

环形压控振荡器的噪声分析

在振荡器的设计中,为了得到更高性能,分析其相位噪声是十分重要的.利用Razavi对具有普遍意义的品质因数的定义将Leeson针对LC振荡器提出的相位噪声模型应用到环形振荡器上对其进行噪声分析.文中以一个2 GHz环形振荡器为例,采用TSMC 0.25 μm CMOS工艺参数,用Cadence的spectre仿真器进行仿真.电源电压为2.5 V,偏离中心频率1 MHz处的相位噪声为-86.6 dBc/Hz.仿真的结果与噪声模型所的结果基本吻合.     

一种低相位噪声的毫米波压控振荡器

基于推推振荡器结构设计了一种低相位噪声的毫米波压控振荡器,相比传统采用直接振荡和倍频实现的振荡器,该振荡器具有体积小、相位噪声低及电路简单等优点.振荡器中的谐振电路采用多级串联谐振,电感采用微带线的形式,提高了谐振器的品质因数,进而降低了振荡器的相位噪声,且在谐振电路通过微带耦合方式实现了基频输出.基于GaAs异质结双极晶体管(HBT)工艺对振荡器进行了设计和流片,芯片尺寸为1.8 mm×1.4 mm.在5V工作电压和0～13 V调谐电压条件下,振荡器的输出频率为42.1～46.2 GHz,电流为120 mA,输出功率为1 dBm,1/2次谐波抑制大于15 dB,相位噪声为-60 dBc/Hz@10 kHz、-85 dBc/Hz@100 kHz和-105 dBc/Hz@1 MHz.     

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.     

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。     

一种改进的CMOS差分LC压控振荡器

介绍了一种改进的LC振荡器设计方法.谐振回路采用非对称电容结构,与常见的振荡器结构相比,经改进后的电路结构可以获得更好的相位噪声.基于0.35μm CMOS工艺,设计了一种采用补偿Colpitts振荡器电路结构实现的差分LC压控振荡器,工作电压为2.5V.经仿真证明,在设计中通过调整非对称电容谐振回路中的电容值,可以获得最优的相位噪声.     

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.     

一种改进的CMOS差分LC压控振荡器

介绍了一种改进的LC振荡器设计方法.谐振回路采用非对称电容结构,与常见的振荡器结构相比,经改进后的电路结构可以获得更好的相位噪声.基于0.35μm CMOS工艺,设计了一种采用补偿Colpitts振荡器电路结构实现的差分LC压控振荡器,工作电压为2.5V.经仿真证明,在设计中通过调整非对称电容谐振回路中的电容值,可以获得最优的相位噪声.