基于0.35μm SiGe BiCMOS的2.5GHz 低相位噪声LC压控振荡器的设计

介绍了一个基于0.35μm SiGe BiCMOS工艺的2.5GHz低相位噪声LC压控振荡器.文章重新定义了压控振荡器工作区域.分析表明谐振回路的电感值和偏置电流对振荡器的相噪优化有重要的影响.本文同时分析了CMOS和BJT压控振荡器设计思路的不同.本设计中,采用键合线来实现谐振回路中的电感来进一步提高相噪性能.该VCO和其他模块集成在一起实现了一个环路带宽为30kHz的频率综合器.测试结果表明,当中心频率为2.5GHz时,在100kHz和1MHz的频偏处相噪分别为-95dBc/Hz和-116dBc/Hz.工作电压为3V时,VCO核心电路的电流消耗为8mA.据我们所知,这是国内第一个采用SiGe BiCMOS工艺的差分压控振荡器.     

2.5 GHz低相位噪声LC压控振荡器

在0.35 μm SiGe BiCMOS工艺条件下,设计了一个全集成的低相位噪声LC压控振荡器(VCO).该VCO采用尾电阻结构替代传统的尾电流源结构实现电流控制,以减小尾电流源产生的噪声.该VCO的调谐范围为480 MHz,可以覆盖2.32～2.8 GHz.当振荡频率为2.5 GHz时,100 kHz和1 MHz频偏处的相位噪声分别为-104.3 dBc/Hz和-124.3 dBc/Hz.振荡器工作电压为5 V,尾电流为5 mA.工作在2.5 GHz时,其100 kHz频偏处的性能系数为-178 dBc/Hz.     

基于0.18μm SiGe BiCMOS工艺的60GHz VCO分析与设计

采用0.18 μm SiGe BiCMOS工艺,设计了一个60GHz的交叉耦合差分压控振荡器(VCO).通过分析传输线的性能,用λ/ 4短路传输线构造谐振回路.在分析VCO相位噪声的基础上,采用噪声滤波技术提高VCO的相位噪声性能.该VCO的工作电压为2.2V,偏置电流为11mA,频率调谐范围为58.377GHz～60.365GHz.当振荡频率为60.365GHz时,1MHz和10MHz频偏处的相位噪声分别为-79.1dBc/ Hz和-99.77dBc/ Hz.     

宽带LC压控振荡器的相位噪声优化设计

采用0.35 μm BiCMOS工艺,设计了一款基于开关电容阵列结构的宽带LC压控振荡器.同时分析了电路中关键参数对相位噪声的影响.基于对VCO中LC谐振回路品质因数的分析,优化了谐振回路,提高了谐振回路的品质因数以降低VCO的相位噪声.采用噪声滤波技术,减小了电流源晶体管噪声对压控振荡器相位噪声的影响.测试结果表明,优化后的压控振荡器能够覆盖1.96～2.70 GHz的带宽,频偏为100 kHz和1 MHz的相位噪声分别为-105和-128 dBc/Hz,满足了集成锁相环对压控振荡器的指标要求.     

频率源中低相噪VCO的研究与设计

在频率源芯片窄带应用时,输出信号有较好的积分均方根抖动性能(RMS jitter),需要压控振荡器(VCO)有较出色的相噪特性。通过分析VCO的结构特点,确定电感是影响片上VCO相位噪声的关键性因素,通过HFSS软件建模的方式,将高品质因素(Q)值的键合线电感引入到片上VCO设计中。采用0.18μm SiGe BiCMOS工艺,设计了整块频率源芯片,并着重优化了VCO输出信号的相位噪声。经过实测,在开环状态下,VCO输出信号为2.2GHz,在1 MHz频偏处的相位噪声为-136dBc/Hz;在环路带宽80kHz,芯片输出信号相噪2.2GHz时,整颗芯片输出信号的带内本底噪声为-220dBc/Hz,杂散为-70dBc,积分均方根抖动为207.666fs。     

基于0.35μm SiGe BiCMOS的高纯度频率综合器

介绍了一个基于0.35μm SiGe BiCMOS的整数N频率综合器.通过采用不同工艺来实现不同模块,实现了一个具有良好的杂散和相噪性能的高纯度频率综合器.除环路滤波器外所有的部件均采用差分电路结构.为了进一步减小相位噪声,压控振荡器中采用绑定线来形成谐振.该频率综合器可在2.39～2.72 GHz的频率范围内输出功率OdBm.在100kHz频偏处测得的相位噪声为-95dBc/Hz,在1MHz频偏处测得的相位噪声为-116dBc/Hz.参考频率处杂散小于-72dBc.在3V 的工作电压下,包括输出驱动级在内的整个芯片消耗60mA电流.     

基于0.35μm SiGe BiCMOS的高纯度频率综合器

介绍了一个基于0.35μm SiGe BiCMOS的整数N频率综合器.通过采用不同工艺来实现不同模块,实现了一个具有良好的杂散和相噪性能的高纯度频率综合器.除环路滤波器外所有的部件均采用差分电路结构.为了进一步减小相位噪声,压控振荡器中采用绑定线来形成谐振.该频率综合器可在2.39～2.72 GHz的频率范围内输出功率OdBm.在100kHz频偏处测得的相位噪声为-95dBc/Hz,在1MHz频偏处测得的相位噪声为-116dBc/Hz.参考频率处杂散小于-72dBc.在3V 的工作电压下,包括输出驱动级在内的整个芯片消耗60mA电流.     

一种带有开关电流源的低相噪压控振荡器

提出一种带有开关电流源的电感电容压控振荡器（LC VCO）。该技术通过反馈电容将电感电容压控振荡器的输出耦合到电流源,形成了电流源的开关特性,从而减小了电感电容压控振荡器的相位噪声。提出的电感电容压控振荡器采用华虹 NEC的0.18μm SiGe BiCMOS工艺,工作频率为5.7 GHz,相位噪声为-113.0 dBc/Hz@1MHz,功耗为2.3 mA。在其他性能相同的情况下,提出的电感电容压控振荡器的振荡频率比典型的电感电容压控振荡器的相位噪声小4.5 dB。     

为调谐器设计的带自动幅度控制1.1GHz差分压控振荡器

为集成调谐器接收机芯片系统设计了一个带自动幅度控制回路的差分结构电容电感压控振荡器.通过采用pMOS管作为有源负阻使振荡器谐振回路可以直接接地电平,减小了寄生效应,扩大了频率调谐的线性及其范围.采用的自动幅度控制AAC回路具有元件少,噪声低,控制灵敏,调节容易,结构简单及设计方便的优点,并保证振荡器电路的性能最小地依赖于环境和制造工艺参数的变化.所设计的压控振荡器采用新加坡特许50GHz 0.35μm SiGe BiCMOS工艺流片,经测试在1MHz频率偏移处达到了-127.27dBc/Hz的相位噪声性能,具有宽的(990～1140MHz)和线性(调谐增益32.4MHz/V)的频率调谐曲线.整个振荡器电路在5V的供电电压下仅消耗6.6mA的电流,可以满足调谐器的应用需要.     

A 1.1GHz LC VCO with Automatic Amplitude Control for Tuner Applications

为集成调谐器接收机芯片系统设计了一个带自动幅度控制回路的差分结构电容电感压控振荡器.通过采用pMOS管作为有源负阻使振荡器谐振回路可以直接接地电平,减小了寄生效应,扩大了频率调谐的线性及其范围.采用的自动幅度控制AAC回路具有元件少,噪声低,控制灵敏,调节容易,结构简单及设计方便的优点,并保证振荡器电路的性能最小地依赖于环境和制造工艺参数的变化.所设计的压控振荡器采用新加坡特许50GHz 0.35μm SiGe BiCMOS工艺流片,经测试在1MHz频率偏移处达到了-127.27dBc/Hz的相位噪声性能,具有宽的(990～1140MHz)和线性(调谐增益32.4MHz/V)的频率调谐曲线.整个振荡器电路在5V的供电电压下仅消耗6.6mA的电流,可以满足调谐器的应用需要.     

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.     

一种宽频压控振荡器及高速双模预分频器的设计与实现

针对射频无线收发机的需求,利用开关电容阵列和多个VOD核的结构设计了一个分段线性超宽频压控振荡器(VCO).采用全电流模逻辑(CML)结构的双模预分频器能满足振荡器最高频率输出的要求.基于IBM 0.35SiGe BiCMOS工艺的流片测试结果表明,电源电压为2.8V时,该压控振荡器的频率能够覆盖2.75～5.73GHz的频段,调频灵敏度约为100MHz/V,在偏离中心频率1MHz处,单边带相位噪声最佳值达到了-120.32 dBc/Hz,预分频器后仿最高工作频率达9.6GHz,两部分核心总工作电流为10mA.     

一种应用于NB-IoT芯片的压控振荡器

采用40 nm 1P6M CMOS工艺,研究与设计了一款应用于窄带物联网(Narrowband Internet of Things,NB-IoT)芯片的压控振荡器(Voltage Controlled Oscillator,VCO)。该VCO利用负反馈电路降低输出的相位噪声,通过电容减敏技术降低了输出频率相对于可变电容的敏感度,通过交叉偏置二极管技术提高了VCO增益的线性度。测试结果显示:VCO所需功耗为1.2 mW;当VCO震荡在3.49 GHz时,在偏离3.49 GHz的100 kHz、150 kHz、300 kHz、500 kHz和2.5 MHz的相位噪声的测量值依次为-92 dBc/Hz、-91 dBc/Hz、-100 dBc/Hz、-110 dBc/Hz和-125 dBc/Hz;采用此压控振荡器的NB-IoT发射机输出矢量幅度误差(Error Vector Magnitude,EVM)为7.8%,频谱辐射模板(Spectrum Emission Mask,SEM)和临近信道抑制比(Adjacent Channel Power Ratio,ACPR)均满足3GPP要求。可见,测试结果证明了所提出压控振荡器电路的有效性和实用性。     

具有电容阵列和电感阵列的1.8~2.6GHz CMOS压控振荡器

设计了一个具有开关电容阵列和开关电感阵列的1.76~2.56GHz CMOS压控振荡器。电路采用0.18µm 1P6M CMOS工艺实现。经测试,压控振荡器的频率调谐范围为37%。在频率调谐范围内及1MHz频偏处,相位噪声变化范围为-118.5dBc/Hz至 -122.8dBc/Hz。在1.8V电源电压下,功耗约为14.4mW。基于具有电容阵列和电感阵列的可重构LC谐振回路,对压控振荡器的调谐范围参数进行了分析和推导,所得结果为电路设计提供了指导。     

低相位噪声压控振荡器的设计及仿真

随着通信技术对射频收发机性能要求的提高,高性能压控振荡器已成为模拟集成电路设计、生产和实现的关键环节.针对压控振荡器设计过程中存在相位噪声这一核心问题,采用STMC 0.18μm CMOS工艺,提出了一种1.115GHz的电感电容压控振荡器电路,利用Cadence中的SpectreRF对电路进行仿真.仿真结果表明:在4~6V的电压调节范围内,压控振荡器的输出频率范围为1.114 69~1.115 38GHz,振荡频率为1.115GHz时,在偏离中心频率10kHz处、100kHz处以及1MHz处的相位噪声分别为-90.9dBc/Hz,-118.6dBc/Hz,-141.3dBc/Hz,以较窄的频率调节范围换取较好的相位噪声抑制,从而提高了压控振荡器的噪声性能.     

UHF RFID读写器中低噪声宽带VCO的设计

基于0.18μm CMOS工艺,设计了一款可用于UHF RFID读写器的低相位噪声、宽带的压控振荡器(VCO)。使用全集成、低输出噪声和高电源抑制比(PSRR)的低压差线性稳压器(LDO)为VCO供电;采用4bit电阻偏置型开关电容阵列拓宽了频带,减少了寄生二极管引入的损耗,有效提升了VCO的相位噪声性能。测试结果表明:LDO输出2.5V电压的条件下,整个电路消耗电流为4.8mA时,压控振荡器的输出频率可在3.12GHz至4.21GHz(增幅30.5%)的范围内变化。在载波3.6GHz频偏200kHz和1 MHz时相位噪声分别为:-109.9dBc/Hz和-129dBc/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.     

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.     

卫星电视天线射频电路中LC压控振荡器设计

设计了一款应用于卫星电视天线电路中低功耗、低相噪的宽带单片集成压控振荡器。该振荡器利用PMOS尾电流源和MIM电容阵列结构。在保证调谐范围的前提下,有效地降低了相位噪声。使得该压控振荡器实现了3.384～4.022 GHz频段的覆盖,在中心频率为3.7 GHz时,100 Hz和1 MHz频偏处的相位噪声分别为-90.4 dBc/Hz和-119.1 dBc/Hz,工作电压下为1.8 V,功耗仅为2.5 mW。     

射频卫星电视天线电路中LC压控振荡器设计

本文设计了一款应用于卫星电视天线电路中低功耗、低相噪的宽带单片集成压控振荡器。该振荡器利用PMOS尾电流源和MIM电容阵列结构。在保证调谐范围的前提下,有效的降低了相位噪声。使得该压控振荡器实现了3.384GHz~4.022GHz频段的覆盖,在中心频率为3.7GHz时,100Hz和1MHz频偏处的相位噪声分别为-90.4dBc/Hz和-119.1dBc/Hz,工作电压下为1.8V,功耗仅为2.5mW。