论文摘要
随着通信电子领域的快速发展,压控振荡器（VCO, Voltage Controlled Oscillator）在电子系统中的重要性日趋增强。集成环形压控振荡器易于达到较宽的调频范围,具有占用芯片面积小,工艺易于实现等优点,在许多无线及有线收发,数据通信,时钟恢复等领域中被用来选频、滤波、调谐或提供精确、稳定的周期时钟信号。压控振荡器的主要发展趋势是宽调谐、高线性度、低相位噪声。设计具有自主知识产权的高性能压控振荡器对于我国电子信息产业的发展意义重大。高性能电子产品对集成电路提出了低功耗、高密度、超高速、耐高温等要求,这推动了集成电路工艺水平地不断进步。传统基于体硅材料的CMOS工艺鉴于其物理特性的限制,难以满足高性能集成电路苛刻的要求。SOI （Silicon-On-Insulator,绝缘衬底上的硅）技术目前已被国际上公认是新一代硅集成电路技术,拥有极其广泛的应用领域和很好的发展前景。将基于体硅的CMOS电路移植到SOI材料上,可以使电路具有许多优良的特性,如耐高温、低功耗、抗幅射等。SOI技术在国外已趋于完善,在国内大多是电路试验层面的研究,不如体硅CMOS技术成熟。回顾了压控振荡器的发展历史,对振荡器的工作原理进行了分析,然后介绍了振荡器的主要性能指标,对振荡器的相位噪声特性做了特别讨论。接着,分析了环形压控振荡器的各种频率调谐方式,讨论了单端及差分环形压控振荡器,参考CSMC0.5μm CMOS工艺设计规则设计了差分环形压控振荡器电路,进行了电路功能仿真与性能优化设计,绘制了版图,进而作出后仿真。后仿真结果显示,此差分环形压控振荡器的频率调谐范围为7.139-147.3MHz,中心频率处相位噪声为-123.4dBc/Hz@1MHz、-101.4dBc/Hz@100kHz,功耗为5.27mW,波形光滑,具有相对较大的振荡幅度。介绍了SOI CMOS工艺,依据0.5μm SOI CMOS工艺版图设计规则设计并绘制了版图。该振荡器可用于时钟发生器,定时／计数器及数据时钟恢复等电路中。