压控振荡器作为卫星导航系统接收机中锁相环的关键模块,用于产生本振信号,实现信号的信道选择和频谱搬移,其相位噪声性能直接决定了整个系统性能的优劣与否。因此低相位噪声一直是电感电容(LC)压控振荡器的设计重点和难点。虽然有想法指出通过减小电流导通角来改进噪声性能,但是关于导通角减小所带来的影响并没有详细说明。因此为了解决上述问题本文研究了电流导通角与相位噪声之间的关系并提出一种低噪声压控振荡器结构。本文从冲击敏感函数以及噪声调制函数的角度,量化分析了电流导通角变化分别对1?1)~2区域和1?1)~3区域相位噪声的影响。结果表明在1?1)~2区域,随着导通角减小噪声先是得到了减小,随后由于噪声电流功率谱密度增大噪声又进一步恶化。同样的,1?1)~3区域噪声先是随着导通角减小,但是随着冲击敏感函数和噪声调制函数的相位偏移严重,由AM-PM转换和Groszkowski效应导致的闪烁噪声上变频加剧。因此在低相位噪声压控振荡器设计中,可以通过适当的减小电流导通角来优化噪声。本文设计了一种具有自启动功能的尾电流整形压控振荡器,具有快速起振以及低相位噪声的特点。利用电容将输出信号耦合到尾电流源的栅极以实现对尾电流的整形,从而在对噪声电流敏感度低的时刻注入更多电流减小噪声的转化;较低的偏置电压减小了电流导通角与噪声调制函数的占空比,进而减小相位噪声;加入了起振尾电流源以实现振荡器在开始时快速起振,并在稳定振荡后随着偏置电压降低而关断起振电流,实现快速起振的目的。基于Cadence Virtuoso平台,采用TSMC 180 nm工艺实现整体电路设计,电压源为1.8 V,最终设计的版图面积为1039.7μm×64.7μm,结果表明当振荡频率在2GHz时的相位噪声在10 k Hz处为-81.63 d Bc/Hz,在1 MHz处为-131.58 d Bc/Hz。