寬帶低相位噪聲CMOS壓控振蕩器的設(shè)計(jì).pdf

1、壓控振蕩器(voltage Controlled Oscillator，簡(jiǎn)稱VCO)是鎖相環(huán)(PLL)的核心組成模塊，在許多無(wú)線、有線接收系統(tǒng)中具有重要的作用。近年來(lái)，隨著通信事業(yè)的飛速發(fā)展，人們對(duì)射頻接收前端提出了越來(lái)越高的要求，而VCO則是接收機(jī)設(shè)計(jì)中極具挑戰(zhàn)性的部分，低噪聲VCO的設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)高性能射頻通信系統(tǒng)的關(guān)鍵。 本課題的主要目標(biāo)就是基于CMOS工藝實(shí)現(xiàn)一個(gè)能夠滿足數(shù)字電視前端調(diào)諧芯片應(yīng)用要求的VCO。該芯片需要將接收

2、到的電視信號(hào)(48MHz~860MHz)變頻到固定的中頻(36/44MHz)，并實(shí)現(xiàn)選頻的功能。應(yīng)用背景決定本課題設(shè)計(jì)的VCO必須具有寬帶和低相位噪聲的特點(diǎn)。 論文首先總結(jié)了VCO目前的研究現(xiàn)狀，并根據(jù)應(yīng)用背景提出了本課題的設(shè)計(jì)指標(biāo)。然后本文對(duì)VCO的設(shè)計(jì)理論進(jìn)行了詳細(xì)的分析，包括振蕩器工作原理、VCO性能指標(biāo)、常用結(jié)構(gòu)以及Leeson和Hajimiri相位噪聲模型等，并在此基礎(chǔ)上研究了VCO相位噪聲優(yōu)化技術(shù)。 論文的主

3、要工作是設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用于數(shù)字電視調(diào)諧芯片的寬帶低噪聲VCO。首先，本方案采用多VCO切換的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)寬調(diào)諧范圍。將頻帶劃分為低波段、中波段和高波段，每個(gè)波段由一個(gè)VCO覆蓋，同一時(shí)刻只有一個(gè)VCO處于工作狀態(tài)。為了保證波段切換的可靠性，本文提出了一種可調(diào)節(jié)型電荷泵式自動(dòng)幅度控制(AAC)電路的設(shè)計(jì)。AAC電路可以使VCO起振時(shí)的尾電流遠(yuǎn)大于正常工作電流，從而確保VCO在切換時(shí)能夠快速起振，且正常工作時(shí)又不會(huì)消耗太多的功耗。當(dāng)VCO 穩(wěn)

4、定工作時(shí)，AAC環(huán)路斷開，因此環(huán)路中的模塊不會(huì)對(duì)相位噪聲產(chǎn)生影響，這一特性明顯優(yōu)于傳統(tǒng)模擬AAC電路。而可調(diào)節(jié)式的設(shè)計(jì)可以使VCO在各個(gè)頻點(diǎn)都處在最佳工作點(diǎn)附近。單波段VCO的設(shè)計(jì)采用了互補(bǔ)交叉耦合型結(jié)構(gòu)。為獲得低相位噪聲，該電路的各個(gè)部分都經(jīng)過(guò)了精心的設(shè)計(jì)，如交叉耦合管尺寸的選取、尾電流源的設(shè)計(jì)、片外諧振網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和參數(shù)選取等。 在電路設(shè)計(jì)完成后，用Cadence Virtuoso 軟件實(shí)現(xiàn)了電路的版圖設(shè)計(jì)。本課題的實(shí)現(xiàn)基