無線傳感網(wǎng)中低電壓壓控振蕩器與頻率綜合器研究與設計.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(WSN)具有分布式、自組織，無須有線基礎設施支持的特點，同時能嵌入到環(huán)境中提供無時不在的信息交互。作為Ad Hoc網(wǎng)絡和普適計算的典型應用，無線傳感網(wǎng)吸引了越來越多研究者的關注。
　　 本文著重于無線傳感網(wǎng)中低電壓壓控振蕩器(VCO)和頻率綜合器(FS)的研究與設計。首先比較了常見的頻率綜合與鎖相環(huán)技術，選擇整數(shù)分頻電荷泵鎖相環(huán)(CP-PLL)頻率綜合器作為設計對象。根據(jù)CP-PLL頻率綜合器中各模塊的功能與數(shù)學

2、模型，將整個頻率綜合器看做一個線性連續(xù)模型。并介紹了相應的穩(wěn)定性分析和噪聲分析的方法和結果。最后在充分理論準備的基礎上，進行系統(tǒng)參數(shù)設計和行為級仿真。
　　 在深入分析相位噪聲理論的基礎上，基于標準電壓1.8V的0.18μm CMOS工藝，對LC VCO結構的1V低電壓電感電容壓控振蕩器進行了優(yōu)化設計，并精心選擇了LC諧振腔，負阻管和尾電流源的設計參數(shù)以減小這三個噪聲源對相位噪聲的影響。利用開關電容陣列減小可變電容的壓控增益，減

3、輕了幅度-相位(AM-PM)噪聲轉換。同時采用了二次諧振濾波網(wǎng)絡提高VCO的相位噪聲性能，振蕩幅度與FOM優(yōu)值。VCO測試結果表明，在1V供電時，核心電流2.4mA，振蕩頻率覆蓋4.56-5.32GHz，調諧范圍15.4％，在最高頻率5.32GHz處，相位噪聲為-113.4dBc/Hz@1MHz，-124.5dBc/Hz@3.5MHz，F(xiàn)OM為-185dBc。測試結果滿足IEEE802.15.4/ZigBee2.4GHz頻段WSN系統(tǒng)指

4、標要求。
　　 在深入理解頻率綜合器中其它模塊的基礎上，對鑒頻鑒相器、電荷泵、環(huán)路濾波器和分頻器進行了適當?shù)母倪M，并結合VCO，在標準電壓1.8V的0.18μm CMOS工藝下設計實現(xiàn)了1V低電壓頻率綜合器的電路和版圖，版圖面積1.42mm2，并利用SpectreVerilog混合仿真器進行了仿真驗證。整個頻率綜合器在片測試結果表明:在1V供電時，核心電流為9.6mA，相位噪聲為-121.9dBc/Hz@1MHz，-134.5d

5、Bc/Hz@3.5MHz，參考雜散為-38.7dBc，頻率切換時間小于120μs，滿足IEEE802.15.4/ZigBee2.4GHz頻段WSN系統(tǒng)指標要求。
　　 在此款頻率綜合器的基礎上，又對加入自動頻率校準單元的整個頻率綜合器進行了優(yōu)化設計與流片實現(xiàn)，版圖面積為1.33mm2，改進的頻率綜合器有待測試驗證。
　　 本論文所設計實現(xiàn)的低電壓壓控振蕩器和頻率綜合器對2.4GHz工業(yè)、科學、醫(yī)用(ISM)頻段的其它無線