全集成环形压控振荡器(VCO:Voltage-Controlled Oscillator)由于具有易于集成、宽调谐范围、高线性及面积小等特征,已经成为许多数字和通信系统的关键模块。本文对宽频带高线性低抖动的VCO进行了设计研究。 本文在对VCO的基本原理和主要性能进行了全面的分析后,合理选择压控振荡器电路结构,考虑到低成本易于集成等因素,采用环形结构的VCO,并应用苏州和舰0.18μm,CMOS双阱工艺实现,使用Hspice工具进行仿真验证。 首先本文选用了单端电流模结构进行VCO电路设计。在分析了其工作原理后,针对噪声、调谐范围和线性度三个方面进行了优化设计。根据电路绘制了物理版图,并且进行了前仿真和后仿真验证。VCO的中心频率为400MHz,调谐范围为56MHz～782MH,线性度为5.3％,版图面积为100μm×45μm,消耗的最大均方差电流为600μA,在中心频率处10MHz,0.1V电源噪声产生的均方差抖动为10.1ps。最后,将单端电流模环形VCO流片,测试后表明与仿真结果一致。 然后在成功流片的基础上,本文创新设计了全差分电流模环形VCO。此设计将振荡单元改进为全差分结构,并且在输入控制电压部分引入了电压调节器,从而在振荡频率、调谐范围、线性度和噪声特性等方面进一步优化了性能。最终绘制了物理版图,分别进行了前仿真和后仿真。仿真结果表明VCO的中心频率为2GHz,调谐范围为0.29GHz～3.01GHz,线性度为2.7％,消耗的最大均方差电流为745μA,在中心频率处10MHz,0.1V电源噪声产生的均方差抖动为3.2ps,绘制的版图面积为120μm×58μm,达到了宽频带高线性低抖动的压控振荡器的设计要求。