一种应用于低噪声PLL的RF-VCO设计

在PLL电路设计中,压控振荡器设计是电路的关键模块,按类型又主要分为LC震荡器和环形振荡器两种,其性能直接决定了相位噪声、频率稳定度及覆盖范围。文章介绍了一款1.8 GHz的基于交叉耦合对LC结构的低噪声CMOS压控振荡器的设计,并对调谐范围、相位噪声以及电路起振条件等做了分析讨论。该设计采用0.18μm 6层金属CMOS工艺制造,模块面积为0.3 mm2,电路经过Cadence SpectreRF仿真,VCO的输出范围为1 594~2 023 MHz,中心频率1.8 GHz输出时相位噪声为-118 dBc/Hz@600 kHz,1.9 GHz输出时相位噪声为-121 dBc/Hz@600 kHz。结果表明该VCO设计达到了较宽的频率覆盖范围和较低的相位噪声,可以满足低噪声PLL的设计要求。     

3.1~4.9 GHz宽带低相位噪声频率源的研制

基于LTC6946-2频率合成器设计了3.1~4.9 GH频率源,给出了参数设计过程和实物测试结果。该频率源具有宽带、低相位噪声、低杂散、低成本和占用面积小等特点。经过硬件调试达到的主要指标为:输出频率3.1~4.9 GHz,步进10 MHz,相位噪声优于-97.8 dBc/Hz@1 kHz和-99.3 dBc/Hz@10 kHz,杂散优于-90 dBc。     

低噪声整数频率合成芯片的设计

设计了一个锁相环频率合成芯片。该芯片集晶体振荡电路、鉴频鉴相器、电荷泵、分频器、低通环路滤波器和压控振荡器(VCO)等电路于一体。详细分析了频率综合器中的各个关键模块,利用MATLAB软件优化环路参数,简化了电荷泵、VCO和片内环路参数的相关设计。最后,给出了芯片照片和流片测试结果,验证了设计方法和电路设计的正确性。该芯片在0.35μm CMOS工艺下进行了流片,测试结果表明,电源电压3 V,电流25 mA,芯片面积为5.4 mm2(3 000μm×1 800μm)。输出频率0.8~1.2 GHz,步进50 MHz,单边带相位噪声优于-106 dBc/Hz@1 kHz,-106 dBc/Hz@10 kHz,-115 dBc/Hz@100 kHz,-124 dBc/Hz@1MHz,-140 dBc/Hz@10 MHz。     

一种钽酸锂压控振荡器的设计与实现

该文使用具有低电容比、宽调谐范围的钽酸锂晶体设计了一巴特勒共基低相位噪声压控振荡器,此设计在寻求高有载品质因数QL的同时保持了振荡器的输出功率。使用的钽酸锂晶体的无载品质因数Q0约为1.24×103,其频率为10.727MHz。设计出的巴特勒振荡器QL≈33%Q0,输出功率约为11dBm。不加压控的情况下,实际测得该振荡器的相位噪声结果为-85dBc/Hz@10 Hz和-145dBc/Hz@1kHz。在此基础上,增加一变容二极管作为压控元件设计了钽酸锂压控振荡器,在2~10 V范围内,测得控制电压压控斜率约为86.6×10-6/V,相位噪声测试结果优于-82dBc/Hz@10Hz和-142dBc/Hz@1kHz,实现了具有宽调谐范围的低相位噪声钽酸锂振荡器的设计。     

数字电视调谐器中低噪声LC VCO的设计

给出了基于0.25μm CMOS工艺的数字电视调谐芯片中宽带低噪声LC VCO的设计,通过对VCO谐振网络的优化设计,显著抑制了flick噪声对相位噪声的影响,使三个波段的VCO的相位噪声有了明显改善,文中重点讨论了中波段VCO谐振网络的设计方法并给出中波段的相位噪声的仿真和测试结果。结果显示在中波段偏移中心频率10k处的相噪能改善5~10dBc,整个中波段相位噪声低于-85dBc/Hz@10kHz,频率覆盖190~530MHz。     

Band Ⅲ锁相环型频率综合器的实现

使用0.18μm 1.8V CMOS工艺实现了Band Ⅲ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,其他模块都集成在芯片中.使用SPI总线实现VCO子频带的选择、电荷泵和VCO工作电流的配置等功能,使用改进的频带切换电路加快了频带切换.测试结果表明该频率综合器工作时的总功耗为34mW,提供的频率范围为143～271MHz;波段Ⅲ内偏离中心频率10kHz处的相位噪声低于-83dBc/Hz,100kHz处的相位噪声低于-104dBc/Hz,参考频率附近杂散低于-70dBc;与普通频带切换电路相比使用新的频带切换电路明显节省了频带切换时间.     

Band III锁相环型频率综合器的实现

使用0.18μm 1.8V CMOS工艺实现了Band Ⅲ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,其他模块都集成在芯片中.使用SPI总线实现VCO子频带的选择、电荷泵和VCO工作电流的配置等功能,使用改进的频带切换电路加快了频带切换.测试结果表明该频率综合器工作时的总功耗为34mW,提供的频率范围为143～271MHz;波段Ⅲ内偏离中心频率10kHz处的相位噪声低于-83dBc/Hz,100kHz处的相位噪声低于-104dBc/Hz,参考频率附近杂散低于-70dBc;与普通频带切换电路相比使用新的频带切换电路明显节省了频带切换时间.     

一种高性能全差分双环路VCO的设计

设计了一种基于SMIC 0.18μm RF 1P6MCMOS工艺的高性能全差分环形压控振荡器(ring-VCO),采用双环连接方式,并运用交叉耦合正反馈来提高性能。在1.8V电源电压下对电路进行仿真,结果表明:1)中心频率为500MHz的环形VCO频率调谐范围为341～658MHz,增益最大值Kvco为-278.8MHz/V,谐振在500MHz下VCO的相位噪声为-104dBc/Hz@1MHz,功耗为22mW;2)中心频率为2.5GHz的环形VCO频率调谐范围为2.27～2.79GHz,增益最大值Kvco为-514.6MHz/V,谐振在2.5GHz下VCO的相位噪声为-98dBc/Hz@1MHz,功耗为32mW。该VCO适用于低压电路、高精度锁相环等。     

基于DDS激励PLL方式的Ku波段频率源

采用Ku波段压控整荡器(VCO)HMC632,结合直接数字式频率合成器(DDS)AD9850、鉴相器ADF4107和运算放大器AD820设计了一款基于DDS激励PLL方式的Ku波段频率源。测试结果表明,该频率源在输出频率范围为15~15.5GHz,跳频时间间隔为20μs时的锁定时间为2μs,杂散小于-60dBc,相位噪声小于-70dBc/Hz@10kHz,输出功率大于7dBm。设计思路简洁,电路结构简单。     

一种核心尺寸可缩放的低相位噪声LC VCO设计

基于TSMC 0.13μm互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺,设计了一种用于多标准移动收发机的核心尺寸可缩放LC压控振荡器(VCO)。理论分析表明,当核心电流较小时,较大尺寸的VCO具有较低的相位噪声,而当核心电流较大时,较小尺寸的VCO具有较低的相位噪声,因此,该文将VCO的核心尺寸设置成可随电流变化的缩放尺寸。最终芯片测试结果表明,在核心电流为4.2mA,振荡频率5GHz的情况下,VCO的相位噪声为-121.6dBc/Hz@1 MHz;在核心电流为16 mA,振荡频率5GHz的情况下,VCO的相位噪声为-128.5dBc/Hz@1 MHz。