近年来,无线通信系统的迅猛发展刺激了低成本、高性能、小型化射频集成电路的研究与设计,作为射频集成电路中至关重要的组成部分,压控振荡器(Voltage Controlled Oscillator VCO)广泛地应用于无线接收、有线接收、数据通信、时钟恢复、航空航天乃至医学等领域,因此受到了IC(Integrated Circuit)设计者的极大关注。频率资源的匮乏和无线收发机性能的不断提高促使压控振荡器朝着高频、宽调谐与低相噪的方向发展,本文重点致力于增大压控振荡器频率调谐范围与降低其相位噪声的研究,并成功设计了两款压控振荡器——差分交叉耦合压控振荡器与推推式压控振荡器,具体研究成果如下:1.对压控振荡器相位噪声进行了研究。介绍了Leeson和Hajimiri两种常用的相位噪声模型,并提出了几种切实可行的降低相位噪声的方法。2.对差分交叉耦合结构的压控振荡器进行了分析。从器件、材料和工艺的角度对WIN Semiconductors 1-μm Ga As HBT工艺进行了介绍,通过对比得知该工艺具有驱动能力强、截止频率高、闪烁噪声低等优点,是设计低相位噪声、高频、宽调谐范围压控振荡器的首选;基于负阻振荡原理对差分交叉耦合压控振荡器的结构与特点进行了详细的分析,该结构在提供差分输出、准确控制功耗、快速起振的同时能够有效减少VCO的共模噪声和闪烁噪声,是目前射频集成电路中最常用的VCO拓扑结构。3.对差分交叉耦合结构的压控振荡器进行了仿真设计。通过采用大电容系数比Cmax/Cmin的可变电容阵列Ctune实现了宽调谐的设计目标,并从材料工艺、电路结构以及参数的取值三个方面对相位噪声进行了合理的优化。利用ADS仿真软件对电路进行了包括瞬态仿真、谐波仿真、频率调谐特性仿真在内的原理图仿真,利用Cadence版图设计工具对电路进行了版图设计,仿真结果表明该交叉耦合VCO在6V供电电压下的频率调谐范围为22GHz~23.89GHz,相位噪声为-104.7dBc/Hz@1MHz,综合性能指数为-176.5dBc/Hz,版图面积为0.7mm×0.7mm;通过与近年来部分已发表的压控振荡器的性能指标进行对比可知,该交叉耦合压控振荡器在调谐范围方面具有绝对优势,且相位噪声较低,成功实现了宽调谐与低相噪的设计目标。4.对推推式压控振荡器进行了研究与设计。根据推推原理提出了基于交叉耦合结构的推推式压控振荡器,并对二次谐波的产生机制进行了详细分析,指出由晶体管电流电压的非线性关系导致的电压限幅和BE结二极管不同的充放电时常数是产生二次谐波的主要原因;对电路进行了原理图仿真、版图设计以及原理图与电磁场联合仿真,仿真结果表明,该推推式VCO的频率调谐范围为14.26GHz~14.89GHz,输出频率为28.52GHz~29.77GHz,相位噪声为-112dBc/Hz@1MHz,成功实现了推推功能且相位噪声性能良好,但由于时间关系,未能对所设计的电路进行流片与测试验证处理。