宽带电感电容压控振荡器的研究与设计

论文摘要

无线通信技术和CMOS工艺的迅速发展使得越来越多的单片集成射频系统成为可能,而应用于数字高清电视的射频电视调谐器正是其中之一。同时,适逢全世界数字电视产业的飞速发展,电视调谐器系统的单片集成技术更是得到了广泛的关注和深入的研究。压控振荡器作为频率综合器的关键组成部分,对锁相环的频率覆盖范围、相位噪声、功耗等重要性能都有直接影响,是电视调谐器系统的重要模块。本文研究了电感电容压控振荡器的电路理论与实现方法,并进一步针对调谐增益性能的优化设计了应用于数字电视调谐器的宽带压控振荡器。首先,从电视调谐器系统架构得出宽带压控振荡器的性能指标要求,初步分析了电路设计的难点。接着,对基本的电感电容压控振荡器进行分析,研究了振荡器的基本结构和工作原理。在此基础上,介绍了压控振荡器的主要性能指标如频率范围、相位噪声、调谐增益的理论分析,为压控振荡器的分析和设计提供了初步的理论基础。其次,研究了宽带压控振荡器的设计与优化。从介绍宽频率范围对压控振荡器性能的影响入手,进而分析了宽带压控振荡器设计中针对各性能指标的优化方法。在此基础上,着重对调谐增益性能与频率的关系进行了分析,并对目前已有的优化调谐增益方法作了总结。随后,作为本文的工作重点,设计了应用于数字电视调谐器的宽带压控振荡器。提出了一种采用开关可变电容阵列稳定调谐增益的宽带压控振荡器的设计方法。该电路在利用开关固定电容阵列降低调谐增益的同时,还采用了开关可变电容阵列来调整等效可变电容的大小,以达到稳定调谐增益的目的。最后,通过两次流片测试验证了电路的基本理论和设计方法的正确性。文中详细介绍了芯片版图设计、测试等环节需要考虑的细节问题。总结了该电路的优缺点和设计极限,并与其他设计进行了比较。测试结果显示芯片各项指标已经基本满足了电视调谐器的系统要求。

论文目录

• 目录
• 摘要
• Abstract
• 第一章 概述
• 1.1 研究背景
• 1.2 压控振荡器
• 1.3 论文主要工作和贡献
• 1.4 论文组织结构
• 参考文献
• 第二章 电感电容压控振荡器
• 2.1 基本结构
• 2.2 性能参数
• 2.2.1 频率覆盖范围
• 2.2.2 振荡幅度
• 2.2.3 相位噪声
• 2.2.4 调谐增益
• 参考文献
• 第三章 宽带压控振荡器的设计与优化
• 3.1 片上电感的优化
• 3.2 功耗的优化
• 3.3 相位噪声的优化
• 3.4 频率范围对调谐增益的影响
• 参考文献
• 第四章 调谐增益的优化
• 4.1 降低调谐增益的方法
• 4.2 调谐增益随频率的变化
• 4.3 采用开关可变电容阵列的宽带压控振荡器
• 4.4 其它稳定调谐增益的技术
• 4.4.1 控制电感感值的变化
• 4.4.2 改变电容-电压特性曲线
• 4.4.3 数字信号反馈
• 参考文献
• 第五章 低调谐增益变化的宽带振荡器设计
• 5.1 振荡器基本结构
• 5.2 片上电感
• 5.3 开关可变电容阵列
• 5.4 开关电容阵列
• 5.5 电平移位电路
• 5.6 二次谐波谐振
• 参考文献
• 第六章 芯片实现与测试
• 6.1 采用开关可变电容阵列的宽带压控振荡器
• 6.1.1 芯片实现
• 6.1.2 测试方案
• 6.1.3 测试结果
• 6.2 应用于电视调谐器的宽带压控振荡器
• 6.2.1 芯片实现
• 6.2.2 仿真与测试结果
• 6.3 测试结果小结
• 参考文献
• 第七章 总结与未来展望
• 7.1 论文总结
• 7.2 未来展望
• 致谢