宽带低相位噪声压控振荡器的研究与设计

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:qwertyuiopgfdsa
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电感电容压控振荡器被广泛应用于时钟生成器和频率合成器等电路中。随着通信系统的发展,对压控振荡器的带宽和近边带相位噪声性能提出了更高的要求。另一方面,电感电容压控振荡器通常使用片上螺旋电感,其具有品质因数较低、单位面积电感值较小和电感值不可调节等缺点。针对这些问题,本文研究了降低振荡器的幅度-相位调制(AM-PM)转换以降低近边带相位噪声和提高有源电感的品质因数的方法。
  本文对电感电容振荡器中交叉耦合管的尺寸对AM-PM转换的影响进行了量化分析,通过建立交叉耦合管的栅极-漏极寄生电容和漏极-衬底寄生电容的等效模型,推导出了AM-PM转换系数的表达式。结果表明,随着交叉耦合管尺寸的增大,压控振荡器的AM-PM转换系数会随之增大。因此在低相位噪声压控振荡器中,交叉耦合管的尺寸应该最小化以降低AM-PM转换。
  研究了电感电容振荡器中交叉耦合管的体效应对AM-PM转换的影响。结果表明,引入体效应可提高交叉耦合管的线性范围,增大振荡器的振荡幅度和谐振腔的品质因数,使漏极-衬底寄生电容工作在C-V曲线更加平滑的区域,从而减小了压控振荡器的AM-PM转换系数和降低了I/f3区域的相位噪声,提高了I/f3区域的品质因数FoM(I/f3)。
  基于含反馈电阻共源共栅接地有源电感电路,通过引入一个片上电容提高其品质因数。结果表明,引入片上电容增大了有源电感的等效电感和减小了串联等效电阻,从而提高了有源电感的品质因数。为了实现有源电感在整个电感值可调的范围内具有大的品质因数,进一步引入一个可变电容器,通过控制可变电容器的电容值实现有源电感品质因数的调节。最后设计了一个采用有源电感代替无源电感的压控振荡器,采用TSMC0.18-μm工艺,用CadenceVirtuoso软件对电路进行了版图设计,压控振荡器调谐范围为136%,在频偏为1MHz处的相位噪声为-112.5dBc/Hz。
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