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随着科技的进步和人类生活水平的逐渐提高,人们对无线通信的需求愈来愈广泛。在市场推动下,无线通信技术得到了迅猛发展,对无线通信系统包括发射机和接收机的研究如火如荼。本文主要研究作为射频无线通信接收机心脏的振荡器相关关键技术。 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)集成电路是由PMOS(P-typeMOS)管和NMOS(N-type MOS)管共同构成的互补型MOS集成电路,具有低成本,高集成度,低功耗等许多优点。随着开发技术的日趋成熟、特征频率的大幅提高以及生产成本的日趋降低,采用CMOS工艺设计集成射频接收机芯片已经成为最符合射频接收机技术的高性能,低功耗,高集成度的要求的主流发展方向。本文研究的各种振荡器均以CMOS工艺为基础进行设计。 在各种构架的射频接收机中,都不可避免地需要采用各种结构的振荡器产生振荡信号提供给接收机进行信号处理。在CMOS集成射频接收机系统中,振荡器输出信号的功率、相位噪声和频谱纯度等性能对射频接收机的灵敏度有决定性的影响。因此CMOS集成射频接收机中,振荡器是一个至关重要的模块,围绕它的设计是一个非常重要的课题。 本论文围绕着CMOS集成射频接收机系统中所应用的CMOS振荡器展开研究。在对CMOS振荡器理论分析的基础上,讨论了它的分类和重要性能指标。分析了振荡器的性能尤其是相位噪声指标对其所在的频率综合器等系统的影响。在不同的射频接收机系统中,结合具体应用,分别讨论了不同类型的振荡器的设计原理和采用的相应结构。根据接收机系统对振荡器的功能和性能侧重的不同,本论文设计方面的内容主要包括: (1)实现了应用于超外差接收机芯片的环形压控振荡器; (2)设计和实现了应用于2.45GHz ISM(Industrial Scientific Medical)频段接收机的低功耗LC VCO(Voltage Controlled Oscillator); (3)设计了高相位噪声性能的应用于UHF RFID读卡器芯片的LC VCO; (4)设计了应用于DRM接收机的宽带LC VCO; (5)设计和实现了2.45GHz ISM频段接收机中的皮尔斯晶体振荡器; (6)设计和实现了为DRM(Digital Radio Mondiale)接收机系统的第二级混频提供固定频率本地振荡信号的差分皮尔斯晶体振荡器; (7)在超再生接收机芯片内设计了受输入RF(Radio Frequency)信号激励和熄灭控制信号进行熄灭的超再生振荡器。 基于上述的具体的设计,结合仿真和测试的结果,本论文给出了不同类型的CMOS振荡器的一致性的和区别性的设计方法和电路结构。 本论文的创新点主要包括: (1)在环形压控振荡器的设计中,采用结合了负载控制和电流控制的源极耦合结构,有效地提高了输出的最大频率,并可以提高输出振荡信号上升沿和下降沿波形的对称性; (2)在LC VCO的设计中,采用了互补偏置的可变电容单元结构以提高压控调谐线性电压范围和线性度;采用了共模点二次谐波谐振技术,提高了输出信号的摆幅范围并提高相位噪声性能;设计了数字双模控制电容阵列结构,使得LC VCO在不同频带内压控增益一致、相邻频带间频率间隔相等; (3)在LC VCO和晶体振荡器的设计中,设计了不同结构的振幅反馈的偏置电流控制电路,以在保证起振可靠性的前提下,降低了振荡器的功耗。