压控振荡器(VCO)是一种振荡频率随外加控制电压变化的振荡器,是频率产生源的关键部件。由于现代射频系统特别是无线通信系统的设计,迫于低压、低功耗、小体积、低成本的压力,直接变频接收机(DCR)这一电路结构引起了学界和工业界的关注。正交压控振荡器(QVCO)是直接变频接收机中的关键部件,应用标准CMOS工艺,设计出高工作频率、宽调谐范围、低相位噪声和低功耗的VCO集成电路已成为当前集成电路设计界的热点。本文详细分析了LC交差耦合VCO工作原理,就VCO的相位噪声模型作了深入探讨,并全面阐述了硅基片上电容和电感的优化设计策略。在此基础上,设计了一款新型的高频、双边带、宽调谐范围、低相位噪声和低功耗的正交压控振荡器。本设计基于CMOS工艺,通过对两个相同的LC振荡器进行交差耦合,实现了相位差为90度的精准正交正弦波输出。其频率调节方式不再依赖于变容管,采用电压控制两振荡器之间的耦合系数对振荡频率进行微调,再通过开启和关闭一对MOS电容来实现在两个不同频带间的转换,大大增加了输出频率调节范围,输出幅值也能保持稳定。采用Cadence的Spectre工具对电路进行仿真,当VDD为1.8V时,其输出频率可在1.78GHz～4.03GHz之间变化,调频范围约为77%;其1MHz频偏处的相位噪声为-120dB/Hz(2GHz)和-104dB/Hz(4GHz),其特性满足了高频、宽带、低相位噪声的设计要求。本文最后采用Cadence公司的Virtuoso Layout Editor工具设计了QVCO的整体版图。