随着射频集成电路规模面积的不断扩大和复杂程度的增加,系统的功耗也在不断增加,降低功耗在射频电路设计中显得十分重要,因此节能一直都是设计者需要核心关注的问题。例如,对于压控振荡器而言,如果能在C类状态下工作则会极大降低直流功耗,但是如何使振荡器在C类条件下起振以及怎样消除工作时电压和温度变化对系统的影响都是技术难点。为了解决这些问题可以采用一种利用检测器和比较器对压控振荡器进行动态控制的方法,使振荡器能在C类状态稳定工作。本论文的工作就是采用65 nm CMOS工艺设计这种能应用于微波和毫米波段的低压操作功率检测器和比较器,并在最后给出它们在C类VCO系统中的应用实例。本研究的电路仿真和版图设计都在安捷伦公司的Cadence和GoldenGate中完成。其中,功率检测电路包含带反馈回路的NMOS晶体管差分对,具有低功耗、超宽带和极高的输入检测灵敏度等特点。从最后的测量结果可以看出,在100MHz到40GHz的频率范围内,提供从0.5V到1V的供电电压都可以使该检测器正常工作。它的最小检测功率可在40GHz达到-16dBm,而此时的直流功耗只有0.116mW。另外,低压操作比较器模块不仅实现了低功耗,而且延迟时间小,输出端的高低电压差也十分明显,输出高电压几乎接近供电电压0.5V,十分符合给压控振荡器提供栅极控制电压的应用要求。在最终的VCO应用实例中,设计好的功率检测器和比较器被放在已有的LC振荡器模块中构成反馈环路以控制其工作状态。振荡器本体会在AB类状态下起振,随后由于检测到振荡器的信号检测器的输出开始上升,这时比较器输出低电压,并给振荡器提供低偏置电压使之逐渐下降到C类状态。测量结果显示该振荡器系统相位噪声低,实现了线性压控增益,能满足超宽带性能要求,并且具有极低的功耗。