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随着近年来无线通信系统的迅速发展,低噪声、低功耗CMOS无线收发器的研究得到了极大的关注,而作为其中最局挑战性的模块,全集成的CMOS电感电容压控振荡器也是目前研究的热点之一。本论文系统分析了电感电容的相位噪声产生机制,在此基础上归纳总结了低噪声振荡器的设计方法,并且结合低噪声、宽调谐范围等技术,设计了数种不同结构的电感电容压控振荡器,并且达到了较高的整体性能。
本文首先基于单端负阻模型对振荡器的工作原理进行了分析,介绍了电感电容振荡器的主要结构,及各种电感、电容的实现方法。总结了片上螺旋电感的设计方法,对可变电容的大信号特性进行了分析。
本文重点分析了电感电容振荡器的相噪产生机制,及振荡器各个器件参数对系统相噪的影响,提出了一套系统整体性能指标和器件参数的设计规则。并据此设计了一个互补型电感电容压控振荡器,没有采用任何额外降噪方法,达到了近似理想的相噪性能。
然后,研究了近年来发展出的各种降低噪声和增加调谐范围的技术,重点分析了降低有源器件噪声的方法,并对开关电容、非可变电容等宽频结构进行了分析。结合上述所提出的低噪声振荡器设计方法,分别采用互补型、单极型和电压偏置型等结构,设计了三个低噪声压控振荡器;并采用非可变电容结构,实现了一个低压、宽调谐范围的振荡器。通过与文献中同类振荡器的比较,本文中设计的电感电容压控振荡器分别在相噪指标、调谐性能和调谐范围等方面达到了较高的水平。