高性能电感电容压控振荡器的设计

论文摘要

本文基于Chartered 0.35um RF CMOS工艺,完成了应用于锁相环结构小数频率合成器中电感电容压控振荡器（LCVCO）的设计。首先介绍了几种常见的振荡器结构和相位噪声理论,接着采用全定制方法设计了LCVCO,并对各组成部分进行了详细分析,最后完成了流片,同时提出频率合成器的整体测试方案。LCVCO的输出频率范围满足1810MHz1930MHz,采用交叉耦合互补全差分结构和开关电容阵列,实现多带覆盖所需频率范围,降低了单带VCO增益,进而降低了整体相位噪声。设计采用全定制、自顶向下的方式。使用Cadence SpectreRF进行前仿和电感优化,Virtuoso绘制版图,Mentor Calibre进行DRC与LVS验证、PEX参数提取,Synoposys Hspice进行后仿真。仿真结果表明,在温度变化-25℃80℃的范围内,工艺角在ss、tt、ff的条件下,LCVCO的输出频率范围均能满足要求。在工作频率范围内,相位噪声可达-125.5dBc/Hz@900kHz。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 设计背景
• 1.2 锁相环频率合成器简介
• 1.3 电感电容压控振荡器设计指标
• 1.4 本文的结构
• 第二章 振荡器原理和几种常见结构
• 2.1 振荡器原理
• 2.2 振荡器的类型
• 2.2.1 LC反馈型振荡器
• 2.2.2 LC负阻型振荡器
• 2.2.3 transformer型振荡器
• 第三章 集成电路中的无源器件
• 3.1 电感
• 3.2 电容
• 3.2.1 电容的主要参数
• 3.2.2 CMOS工艺中的电容
• 3.3 变压器
• 第四章 相位噪声理论
• 4.1 RLC电路的Q值
• 4.2 LCVCO电路中相位噪声的来源
• 4.3 线性时不变模型－Leeson模型
• 4.4 线性时变模型－Hajimiri模型
• 4.5 时域抖动
• 4.6 随机噪声与时域抖动的关系
• 第五章 LCVCO的电路实现
• 5.1 电感和电容的选择
• 5.2 负阻MOS对管与开关MOS管
• 5.2.1 负阻MOS对管的选择
• 5.2.2 开关MOS的选择
• 5.3 尾LC谐振回路的设计
• 5.4 尾电流源
• 5.5 LCVCO输出缓冲器
• 5.6 存在的问题及改进方法
• 5.6.1 平衡Kvco
• 5.6.2 自动幅度控制
• 第六章 仿真、版图及测试
• 6.1 射频电路仿真算法
• 6.2 LCVCO的前仿
• 6.2.1 瞬态分析
• 6.2.2 PSS和PNOISE分析
• 6.3 LCVCO的版图设计
• 6.4 流片结果
• 6.5 频率合成器的测试方案
• 6.5.1 引脚说明
• 6.5.2 测试方案
• 第七章 总结与展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 附录
• 致谢