寬帶高性能CMOS壓控振蕩器的研究與實現(xiàn).pdf

1、作為射頻收發(fā)機中的關鍵模塊，壓控振蕩器(Voltage Controlled Oscillator，VCO)的設計研究包括寬范圍調(diào)諧、低噪聲、低功耗以及低電壓設計技術等等。其中由于相位噪聲性能決定了收發(fā)機的選擇性和靈敏度，因此低相位噪聲設計技術一直是VCO設計領域中的重要研究課題。而基于CMOS工藝的寬帶VCO的低相位噪聲設計更是VCO設計的一個難點。這是因為CMOS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設計的關鍵問題。首先簡要概述了CMOS VCO的基本理論和設計方法，并回顧了主流的VCO低相位噪聲設計技術。在此基礎上本文基于AM-PM理論和Lesson模型，重點分析并歸納總結了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)字可編程的自動幅度控制(Automatic Amplimde Contr

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

4、VCO的改進型幅度檢測器，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VCO相位噪聲的惡化；另外針對寬帶VCO的低相位噪聲設計，本文采用了一種新型圖形化的有源器件尺寸設計方法，它不僅可以直觀高效的得到滿足設計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導致無解的情況。 最后基于以上研究成果，本文設計實現(xiàn)了用于有線數(shù)字電視調(diào)諧器(DVB-C Tuner