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.     

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.     

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.     

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。     

一种Ku波段宽调谐范围高输出功率的InGaP/GaAs HBT VCO

本文介绍了一种采用InGaP/GaAs HBT工艺实现的全集成应用于Ku波段的压控振荡器(VCO)。该VCO采用Colpitts结构,以达到宽调谐范围,并且该VCO取得了较高的输出射频功率。测试结果表明：该VCO的振荡频率为12.82 GHz～14.97 GHz,调谐范围为15.47%,输出射频功率为0.31 dBm～6.46 dBm,在载频13.9 GHz处相位噪声为-94.9 dBc/Hz@1 MHz。在5 V单电源直流偏置下该VCO的功耗为52.75 mW,其芯片尺寸为0.81 mm×0.78 mm。最后,本文对VCO的品质因数FOM指标进行了讨论。     

一种双带宽UHF主从耦合式LC VCO

为了满足无线通信系统应用需要,设计了一种主从耦合式LC压控振荡器(VCO).基于0.18 μm CMOS标准工艺,由一个5 GHz主VCO和两个起分频作用的从VCO组成,其中主VCO选用PMOS考毕兹差分振荡结构,在两个互补交叉耦合的从VCO的输出端之间设置有注入式NMOS器件以达到分频的目的.仿真及硬件电路实验结果表明,在1.8 V低电源电压下,5 GHz主VCO的调谐范围为4.68～5.76 GHz,2.5 GHz从VCO的调谐范围为2.32～2.84 GHz;在1 MHz的偏频下,5 GHz主VCO的相位噪声为118.2 dBc/Hz,2.5 GHz从VCO的相位噪声为124.4 dBc/Hz.另外,主从VCO的功耗分别为6.8 mW和7.9 mW,因此特别适用于低功耗、超高频短距离无线通信系统中.     

4.2GHz 1.8V CMOS LC压控振荡器

基于Hajimiri提出的VCO相位噪声模型,分析了差分LC VCO电路参数对于相位噪声的影响。根据前面的分析,详细介绍了LC VCO电路的设计方法:包括高Q值片上电感的设计、变容MOS管的设计以及尾电流的选取。采用SMIC 0.18μm 1P6 M、n阱、混合信号CMOS工艺设计了一款4.2GHz 1.8V LC VCO。测试结果表明:当输出频率为4.239GHz时,频偏1MHz处的相位噪声为-101dBc/Hz,频率调节范围为240MHz。     

GPS接收机中1.57 GHz CMOS锁相环的设计

设计了一种用于GPS接收机中采用CMOS工艺实现的1.57GHz锁相环.其中,预分频器采用高速钟控锁存器(LATCH)的结构,工作频率超过2GHz.VCO中采用LC谐振回路,具有4段连续的调节范围,输出频率范围可以达到中心频率的20%.电荷泵采用一种改进型宽摆幅自校准电路,可以进一步降低环路噪声.锁相环采用0.25μmRFCOMS工艺实现.测量表明VCO输出在偏移中心频率1MHz处的相位噪声为-110dBc/Hz,锁相环输出在偏移中心频率10kHz处的相位噪声小于-90dBc/Hz.供电电压为2.5V时,功耗小于15mW.     

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。     

全集成低功耗低相位噪声差分LC压控振荡器设计

介绍了一个针对全球定位系统接收机的全集成差分LC压控振荡器设计.该设计采用互补交叉耦合晶体管对结构,去掉了尾电流源以消除其热噪声对相位噪声的影响.考虑到低功耗低相位噪声表现,文中给出设计步骤.该设计经台积电0.18 μm射频CMOS工艺进行流片验证.在1.5 V的供电电压下,VCO振荡于3.14 GHz,仅消耗1.2 mA.在频偏600 kHz和1 MHz的情况下,其相位噪声分别为-113 dBc/Hz和-118 dBc/Hz.     

变压器反馈的超低功耗低相位噪声CMOSLC-VCO设计

设计了一种全集成交叉耦合变压器反馈的LC压控振荡器(LC-VCO),该VCO在电源电压低于阈值电压的情况下实现了超低功率消耗和低相位噪声.该超低功耗的VCO采用SMIC 0.18μm数模混合RF 1P6M CMOS工艺进行了流片验证.测试结果表明:电路在0.4V电源供电和工作频率为2.433GHz时,相位噪声为-125.3dBc/Hz(频偏1MHz),核心直流功耗仅为720μW.芯片的工作频率为2.28～2.48GHz,调谐范围为200MHz(8.7%),电路的优值为-193.7dB,信号的输出功率约为1dBm.该VCO完全可以满足IEEE 802.11b接收机的应用要求.     

基于电感电容振荡器的电荷泵锁相环的设计

设计并实现了一种采用电感电容振荡器的电荷泵锁相环,分析了锁相环中鉴频/鉴相器(PFD)、电荷泵(CP)、环路滤波器(LP)、电感电容压控振荡器(VCO)的电路结构和设计考虑。锁相环芯片采用0.13μm MS&RF CMOS工艺制造。测试结果表明,锁相环锁定的频率为5.6～6.9 GHz。在6.25 GHz时,参考杂散为-51.57 dBc;1 MHz频偏处相位噪声为-98.35 dBc/Hz;10 MHz频偏处相位噪声为-120.3 dBc/Hz;在1.2 V/3.3 V电源电压下,锁相环的功耗为51.6 mW。芯片总面积为1.334 mm2。     

采用有源电感的小面积宽可调范围VCO

为了实现电感-电容压控振荡器(LC VCO)的全集成和小面积,同时使其振荡频率具有较宽的可调范围和较低的相位噪声,采用差分有源电感和Q值增强共源共栅电路结构,对LC VCO进行设计。采用差分有源电感代替螺旋电感,减小了芯片面积,并利用有源电感的可调性,增大了振荡频率的可调范围。采用Q值增强共源共栅电路结构,增加了LC VCO的输出功率和Q值,进而减小了相位噪声。基于TSMC 0.18 μm RF CMOS工艺,采用Cadence仿真工具对LC VCO进行仿真验证。结果表明,LC VCO振荡频率的可调范围高达129%,在偏离最大振荡频率1 MHz处,最低相位噪声为-121.4 dBc/Hz,直流功耗为11 mW,优值FOMT(考虑到调谐范围)为-193.6 dBc/Hz。     

一种Ka波段低相噪GaAs HBT压控振荡器

本文研究了一种采用GaAs HBT工艺实现的工作在Ka波段的压控振荡器。该振荡器采用共射级组态和对称式电容电感谐振腔结构以降低其相位噪声,采用π型反馈网络补偿180°相移。在片测试结果表明：偏离中心频率1 MHz处相位噪声为-96.47dBc/Hz,调谐范围为28.312到28.695GHz,在-6V电源电压下该振荡器直流功耗为18mA,振荡器芯片面积为0.7mm×0.7mm。     

一种应用于多频接收机的宽带频率综合器

采用0.18µm 1P6M CMOS工艺实现了一种应用于多频接收机的整数分频频率综合器。该频率综合器为接收机提供频率分别为2.57GHz, 2.52GHz, 2.4GHz 和 2.25GHz的本振信号。为了覆盖要求的频点,其宽带压控振荡器同时采用了可变电容阵列和可变电感阵列。经测试,压控振荡器的频率调谐范围为1.76GHz~2.59GHz。对于频率为2.57GHz, 2.52GHz, 2.4GHz 和 2.25GHz的载波,在1MHz频偏处,相位噪声分别为-122.13dBc/Hz、-122.19dBc/Hz、-121.8dBc/Hz和-121.05dBc/Hz。其带内相位噪声分别为-80.09dBc/Hz、-80.29dBc/Hz、-83.05dBc/Hz 和-86.38dBc/Hz。包括驱动电路在内的芯片功耗约为70mW。芯片面积为1.5mm×1mm。     

1.8 V低相位噪声全集成LC压控振荡器的设计

介绍了一种全集成的LC压控振荡器(VCO)的设计。该电路的中心频率为3.8 GHz,电源电压为1.8 V,采用0.18μm CMOS工艺制作。测试结果表明,VCO的相位噪声在偏离中心频率1 MHz时达到-126 dBc/Hz,调谐范围达到9%,VCO核心电路功耗小于8 mW。     

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。     

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。     

基于可调谐LC谐振回路的双频VCO

采用嵌有交叉耦合晶体管对的LC谐振回路结构,利用其固有的多种振荡模式,设计了一款用于多标准射频收发器的压控振荡器(VCO)。该电路通过变容管开关偏置的作用,操作于高频串联谐振和低频并联谐振两个模式,并且输出的所有频率都与谐波无关。通过累积型MOS变容管的调谐作用对LC谐振回路的节点阻抗进行改变,实现振荡器在两个模式下的切换。基于TSMC 0. 18μm 1P6M CMOS工艺实现文中所提出的VCO,测试表明:该VCO的振荡频率为2.92 GHz~3.23GHz和7.31 GHz~8.2 GHz,该两个频带的相位噪声分别为-128.22 dBc/Hz@1 MHz和-123.2 dBc/Hz@1 MHz。