寬帶高性能CMOS壓控振蕩器的研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、作為射頻收發(fā)機(jī)中的關(guān)鍵模塊，壓控振蕩器(Voltage Controlled Oscillator，VCO)的設(shè)計(jì)研究包括寬范圍調(diào)諧、低噪聲、低功耗以及低電壓設(shè)計(jì)技術(shù)等等。其中由于相位噪聲性能決定了收發(fā)機(jī)的選擇性和靈敏度，因此低相位噪聲設(shè)計(jì)技術(shù)一直是VCO設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的重要研究課題。而基于CMOS工藝的寬帶VCO的低相位噪聲設(shè)計(jì)更是VCO設(shè)計(jì)的一個(gè)難點(diǎn)。這是因?yàn)镃MOS器件具有較高的閃爍(flicker)噪聲，而寬帶VCO由于變?nèi)莨莒`敏度

2、和非線性增加，加劇了閃爍噪聲上變頻為相位噪聲，因此限制了VCO的近邊帶相位噪聲性能。 本文旨在解決寬帶低噪聲CMOS VCO設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題。首先簡(jiǎn)要概述了CMOS VCO的基本理論和設(shè)計(jì)方法，并回顧了主流的VCO低相位噪聲設(shè)計(jì)技術(shù)。在此基礎(chǔ)上本文基于AM-PM理論和Lesson模型，重點(diǎn)分析并歸納總結(jié)了VCO相位噪聲隨尾電流及振蕩擺幅的變化規(guī)律；給出了利用數(shù)字可編程的自動(dòng)幅度控制(Automatic Amplimde Contr

3、ol，AAC)環(huán)路動(dòng)態(tài)調(diào)整VCO振蕩擺幅及偏置電流的相位噪聲優(yōu)化技術(shù)?；谏鲜隼碚摫疚奶岢隽艘环N新型的電荷泵式自動(dòng)幅度控制(Charge Pump Automatic Amplitude Control，CP-AAc)技術(shù)。對(duì)比于傳統(tǒng)的AAC技術(shù)，它同時(shí)具備了高速和低噪聲的特點(diǎn)，非常適合于寬帶低噪聲VCO的幅度控制。本文基于S域小信號(hào)模型詳細(xì)分析了CP-AAC的穩(wěn)定性，給出了CP-AAC的系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)方法；同時(shí)，本文還給出了一種適用于寬帶

4、VCO的改進(jìn)型幅度檢測(cè)器，它可以和VCO直接耦合并且不受寬帶VCO輸出共模電平變化的影響，防止了電容耦合帶來的外部偏置噪聲對(duì)VCO相位噪聲的惡化；另外針對(duì)寬帶VCO的低相位噪聲設(shè)計(jì)，本文采用了一種新型圖形化的有源器件尺寸設(shè)計(jì)方法，它不僅可以直觀高效的得到滿足設(shè)計(jì)要求的交叉耦合管和尾電流管最優(yōu)尺寸，而且可以清晰的指出由于約束條件過嚴(yán)導(dǎo)致無(wú)解的情況。 最后基于以上研究成果，本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了用于有線數(shù)字電視調(diào)諧器(DVB-C Tuner