CMOS集成射頻接收機(jī)系統(tǒng)中振蕩器電路的研究與設(shè)計(jì).pdf

1、隨著科技的進(jìn)步和人類生活水平的逐漸提高，人們對無線通信的需求愈來愈廣泛。在市場推動(dòng)下，無線通信技術(shù)得到了迅猛發(fā)展，對無線通信系統(tǒng)包括發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的研究如火如荼。本文主要研究作為射頻無線通信接收機(jī)心臟的振蕩器相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)。
　　CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)集成電路是由PMOS(P-typeMOS)管和NMOS(N-type MOS)管共同構(gòu)成的互補(bǔ)型MOS集成電路，具有

2、低成本，高集成度，低功耗等許多優(yōu)點(diǎn)。隨著開發(fā)技術(shù)的日趨成熟、特征頻率的大幅提高以及生產(chǎn)成本的日趨降低，采用CMOS工藝設(shè)計(jì)集成射頻接收機(jī)芯片已經(jīng)成為最符合射頻接收機(jī)技術(shù)的高性能，低功耗，高集成度的要求的主流發(fā)展方向。本文研究的各種振蕩器均以CMOS工藝為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
　　在各種構(gòu)架的射頻接收機(jī)中，都不可避免地需要采用各種結(jié)構(gòu)的振蕩器產(chǎn)生振蕩信號提供給接收機(jī)進(jìn)行信號處理。在CMOS集成射頻接收機(jī)系統(tǒng)中，振蕩器輸出信號的功率、相位噪

3、聲和頻譜純度等性能對射頻接收機(jī)的靈敏度有決定性的影響。因此CMOS集成射頻接收機(jī)中，振蕩器是一個(gè)至關(guān)重要的模塊，圍繞它的設(shè)計(jì)是一個(gè)非常重要的課題。
　　本論文圍繞著CMOS集成射頻接收機(jī)系統(tǒng)中所應(yīng)用的CMOS振蕩器展開研究。在對CMOS振蕩器理論分析的基礎(chǔ)上，討論了它的分類和重要性能指標(biāo)。分析了振蕩器的性能尤其是相位噪聲指標(biāo)對其所在的頻率綜合器等系統(tǒng)的影響。在不同的射頻接收機(jī)系統(tǒng)中，結(jié)合具體應(yīng)用，分別討論了不同類型的振蕩器的設(shè)計(jì)原

4、理和采用的相應(yīng)結(jié)構(gòu)。根據(jù)接收機(jī)系統(tǒng)對振蕩器的功能和性能側(cè)重的不同，本論文設(shè)計(jì)方面的內(nèi)容主要包括:
　　(1)實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用于超外差接收機(jī)芯片的環(huán)形壓控振蕩器;
　　(2)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用于2.45GHz ISM(Industrial Scientific Medical)頻段接收機(jī)的低功耗LC VCO(Voltage Controlled Oscillator);
　　(3)設(shè)計(jì)了高相位噪聲性能的應(yīng)用于UHF RFID讀卡

5、器芯片的LC VCO;
　　(4)設(shè)計(jì)了應(yīng)用于DRM接收機(jī)的寬帶LC VCO;
　　(5)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了2.45GHz ISM頻段接收機(jī)中的皮爾斯晶體振蕩器;
　　(6)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了為DRM(Digital Radio Mondiale)接收機(jī)系統(tǒng)的第二級混頻提供固定頻率本地振蕩信號的差分皮爾斯晶體振蕩器;
　　(7)在超再生接收機(jī)芯片內(nèi)設(shè)計(jì)了受輸入RF(Radio Frequency)信號激勵(lì)和熄滅控制信號進(jìn)行熄

6、滅的超再生振蕩器。
　　基于上述的具體的設(shè)計(jì)，結(jié)合仿真和測試的結(jié)果，本論文給出了不同類型的CMOS振蕩器的一致性的和區(qū)別性的設(shè)計(jì)方法和電路結(jié)構(gòu)。
　　本論文的創(chuàng)新點(diǎn)主要包括:
　　(1)在環(huán)形壓控振蕩器的設(shè)計(jì)中，采用結(jié)合了負(fù)載控制和電流控制的源極耦合結(jié)構(gòu)，有效地提高了輸出的最大頻率，并可以提高輸出振蕩信號上升沿和下降沿波形的對稱性;
　　(2)在LC VCO的設(shè)計(jì)中，采用了互補(bǔ)偏置的可變電容單元結(jié)構(gòu)以提高壓控調(diào)諧