一种采用开关阶跃电容的压控振荡器(下): 电路设计和实现

为了验证阶跃可变电容压控振荡器调谐特性理论分析的正确性,提出了一种采用开关阶跃电容的新型压控振荡器电路,该压控振荡器电路采用0.25μm 1P5M CMOS工艺实现.一种新型开关阶跃电容实现了频率调谐功能,该电容的调谐电容是传统反型MOS管可变电容的146%.在1/f3区域,差分调谐振荡器的相位噪声比单端调谐振荡器低7dB.在载波频率偏差10kHz,100kHz和1MHz处测得差分调谐时的相位噪声分别是-83,-107和-130dBc/Hz,功耗为8.6mW.     

一种采用开关阶跃电容的压控振荡器(上):调谐特性的理论分析

针对采用阶跃可变电容的电感电容压控振荡器电路,本文提出了一种振荡器调谐特性的时域分析方法--周期计算技术. 通过对电感电容谐振回路中电感的I-V曲线分析,详细地阐述了阶跃可变电容能够实现线性压控的物理机理和本质. 对差分调谐电感电容压控振荡器的调谐特性也进行了详细的分析. SPICE电路仿真验证了调谐特性理论分析的正确性.     

一种采用开关阶跃电容的压控振荡器(上):调谐特性的理论分析

针对采用阶跃可变电容的电感电容压控振荡器电路,本文提出了一种振荡器调谐特性的时域分析方法--周期计算技术.通过对电感电容谐振回路中电感的I-Ⅴ曲线分析,详细地阐述了阶跃可变电容能够实现线性压控的物理机理和本质.对差分调谐电感电容压控振荡器的调谐特性也进行了详细的分析.SPICE电路仿真验证了调谐特性理论分析的正确性.     

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.     

1V 2.5GHz压控振荡器设计

设计了1V,2.5GHz的全集成压控振荡器.通过优化集成电感的设计,同时采用NMOS管和开关电容阵列作为可变电容,使该设计具有较低的相位噪声和较宽的调谐范围.采用0.18μm CMOS工艺进行仿真,结果显示,在1V电源电压下,在偏离中心频率600kHz处的相位噪声为-119dBc/Hz,调谐范围为28%,功耗为3.6mW.     

一种低调谐增益变化的宽带电感电容压控振荡器

设计了一个应用于数字电视调谐器的宽带电感电容压控振荡器.该振荡器包含了一个开关可变电容阵列,用以抑制调谐增益的变化.整个电路采用0.18μm CMOS工艺实现.测试结果表明:压控振荡器的频率范围从1.17GHz至2.03GHz(53.8%);调谐增益从69MHz/V变化至93MHz/V,其变化幅度与最大值相比为25.8%;最差相位噪声为-126dBc/Hz@1MHz;在1.5V电源电压下,压控振荡器的功耗约为9mW.     

一种低调谐增益变化的宽带电感电容压控振荡器

设计了一个应用于数字电视调谐器的宽带电感电容压控振荡器.该振荡器包含了一个开关可变电容阵列,用以抑制调谐增益的变化.整个电路采用0.18μm CMOS工艺实现.测试结果表明:压控振荡器的频率范围从1.17GHz至2.03GHz(53.8%);调谐增益从69MHz/V变化至93MHz/V,其变化幅度与最大值相比为25.8%;最差相位噪声为-126dBc/Hz@1MHz;在1.5V电源电压下,压控振荡器的功耗约为9mW.     

基于电容补偿的高线性低噪声2.4GHz CMOS LC 压控振荡器

实现了一个基于标准0.18µm CMOS工艺的2.4GHz高线性低噪声交叉耦合LC压控振荡器。基于三段分布式偏置的开关容抗管电路和差分开关电容电路,提出了一种调谐灵敏度补偿结构,减小了压控振荡器的增益变化,获得了高线性度和良好的相位噪声性能。与传统结构的压控振荡器相比,本文提出的压控振荡器在整个频率调谐范围内具有更加恒定的增益。当载波频率为2.42GHz 时,在100kHz和1MHz的频偏处相位噪声分别为-100.96dBc/Hz和-122.63dBc/Hz。工作电压为1.8V时,电路功耗为2.5mW。该压控振荡器面积为500×810 µm2。     

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。     

1V 2.5GHz压控振荡器设计

设计了 1V ,2 .5 GHz的全集成压控振荡器 .通过优化集成电感的设计 ,同时采用 NMOS管和开关电容阵列作为可变电容 ,使该设计具有较低的相位噪声和较宽的调谐范围 .采用 0 .18μm CMOS工艺进行仿真 ,结果显示 ,在1V电源电压下 ,在偏离中心频率 6 0 0 k Hz处的相位噪声为 - 119d Bc/ Hz,调谐范围为 2 8% ,功耗为 3.6 m W.     

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。     

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.     

基于电流复用技术的LC压控振荡器

介绍了一种改进的LC压控振荡器.该电路采用电流复用技术维持有源负阻的相对稳定,有效增大了输出摆幅,同时没有尾电流上混频引入的1/f噪声,大大减小了相位噪声.另外,与常规VCO不同,采用开关阶跃电容结构,在一定程度上增大了可变电容的调节范围.采用TSMC 0.18 μmRF CMOS 1P6M工艺,仿真得到在1.25V基准电压下供电时,可有950～1050 MHz的线性调节范围,在中心频率1 GHz频偏1 MHz时的相位噪声为-129.3 dBc/Hz,功耗为4.1mW.     

0.18-mm RF CMOS 工艺电感电容压控振荡器*

采用SMIC 0.18mm RF CMOS工艺设计实现了一种低相位噪声的压控振荡器。该电路采用了优化设计的电感电容谐振腔,差分耦合的放大器作为负阻补偿谐振腔的能量损耗。为了拓宽电路的频率调谐范围,在电路中设计了三比特开关电容阵列。测试结果表明：振荡器频率调谐范围为1.92GHz 到3.35GHz,在2.4GHz 频率处偏移载波1MHz处的相位噪声为-117.8dBc/Hz。电路直流供电电压为1.8V,电流为5.6mA.,芯片尺寸为600mm′900mm。芯片性能良好,可以应用于IEEE802.11b标准的无线局域网接收机中。.     

精确的1.08GHz CMOS电感电容压控振荡器

在0.35μm 2P4M标准CMOS工艺上,设计了一个精确的1.08GHz CMOS电感电容压控振荡器.提出了一种有效计算压控振荡器周期的新方法,采用该方法计算的频率-电压调谐曲线与实验结果吻合得很好.在电源电压3.3V下,消耗电流3.1mA,压控振荡器的相位噪声在10kHz频偏处为-82.2dBc/Hz.芯片面积为0.86mm×0.82mm.     

基于背靠背PN变容管的低相位噪声LCVCO研究

研究了一种新型单片集成LC压控振荡器。该压控振荡器在传统的单端PN变容管电路结构基础上,通过对调谐电路进行改进,在保证调谐范围的前提下,有效地降低了相位噪声。压控振荡器使用高Q值螺旋电感,并采用SMIC0.18μm1P6M混合信号CMOS工艺实现。仿真结果表明,在调谐范围不变情形下,新型设计的VCO相位噪声比传统的改善了16.25dB@1kHz、8.08dB@100kHz。压控振荡器的中心频率1.8GHz,工作电压为1.8V,工作电流为3mA。     

一个自调谐,自适应的1.9GHz分数/整数频率综合器

本文提出了一个具有自调谐,自适应功能的1.9GHz的分数/整数锁相环频率综合器.该频率综合器采用模拟调谐和数字调谐相结合的技术来提高相位噪声性能.自适应环路被用来实现带宽自动调整,可以缩短环路的建立时间.通过打开或者关断 ΣΔ 调制器的输出来实现分数和整数分频两种工作模式,仅用一个可编程计数器实现吞脉冲分频器的功能.采用偏置滤波技术以及差分电感,在片压控振荡器具有很低的相位噪声;通过采用开关电容阵列,该压控振荡器可以工作在1.7GHz~2.1GHz的调谐范围.该频率综合器采用0.18 μ m,1.8V SMIC CMOS工艺实现.SpectreVerilog仿真表明:该频率综合器的环路带宽约为100kHz,在600kHz处的相位噪声优于-123dBc/Hz,具有小于15 μ s的锁定时间.     

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.     

基于0.18 μm RF CMOS工艺的低相噪宽带LC VCO设计

介绍了一种低功耗、低相噪和超宽频率覆盖范围的全差分电感电容结构的压控振荡器(VCO)设计.采用开关控制的二进制MIM电容阵列对频率进行粗调,再结合MOS可变电容进行微调,实现了极大的频率覆盖范围.流片采用TSMC的0.18μm、5层金属RF CMOS工艺,所用无源器件全部片内集成.在1.8 V电源供电情况下,该VCO仅仅消耗3 mA的电流.测试结果表明,该VCO能够覆盖1.65～2.45 GHz的频率范围,并且增益控制在100 MHz/V以下.在1.65 GHz频率下20 kHz频偏处的相位噪声仅-87.88 dBc/Hz.     

一种应用于LTE锁相环的宽带、低相噪、恒定KVCO/ωosc LC调谐VCO

本文提出了一种应用于LTE锁相环频率综合器的宽带、恒定KVCO/ωosc 的LC调谐压控振荡器。为了使锁相环的环路带宽变化尽可能小,文中提出一种可变电容阵列。它包含了一系列差分可变电容对和与Vtune或VDD相连的单刀双掷开关阵列。这些开关由可变电容阵列的数字开关位控制。利用这种方法,KV=?Cvar/?Vtune与开关阵列的电容值的比值保持在相对稳定的状态,进而,使锁相环的环路带宽波动得到抑制。该压控振荡器采用0.13-μm RF-CMOS工艺制造,可适用于多频带LTE锁相环中,其频率范围为3.2~4.6GHz。测试结果表明该压控振荡器的KVCO/ωosc最大变化幅度仅有4%。同时,电路具有低的相位噪声,其工作在4.0GHz,频偏1MHz测得的相位噪声为-124.17dBc/Hz。当工作电压为1.2V,消耗的电流为18.0mA。