基于0.18μm CMOS工艺的正交压控振荡器研究

摘要

近年来，随着无线通信技术的飞速发展，无线收发机射频前端电路的设计也遭遇了新的挑战。无线收发机射频前端电路需要实现的功能包括:接收来自天线的微弱有用信号和发射可以顺利传播的射频信号，此过程需要本地振荡器提供精准的正交输出信号，在混频器中混频后可实现接收信号的下变频和发射信号的上变频。目前，对无线收发机射频前端电路的设计主要是采用CMOS工艺技术，本文对基于TSMC0.18μm CMOS工艺的正交压控振荡器的研究具有一定意义。
　　本文在研究了振荡器的低压低功耗和低相位噪声等设计理论后，提出了两种基于TSMC0.18μm CMOS工艺的正交压控振荡器。本文主要工作可概括如下:
　　(1)提出了一种基于TSMC0.18μm CMOS工艺的2.4GHz衬底耦合技术正交压控振荡器。该电路采用衬底耦合技术实现正交输出，在耦合过程中没有附加的噪声源和功耗;采用互补连接的尾晶体管开关自偏置技术，振荡器自身的输出信号可以作为偏置电压注入尾晶体管的栅极，有效改善了电路相位噪声;采用正向衬底偏置技术可降低NMOS管的阈值电压，进而降低了电源供电电压及功耗。仿真结果表明:在1.2V供电电压下，总功耗为3.3mW;调谐电压在0～1.2V之间变化时，频率调谐范围为2.13～2.87GHz;在中心频率2.35GHz处，偏移中心频率1MHz处的相位噪声为-123.2dBc/Hz。
　　(2)提出了一种基于TSMC0.18μm CMOS工艺的3.4GHz电流复用技术正交压控振荡器。通过将NMOS交叉互耦对构成的两个压控振荡器上下堆叠，那么电流将依次流过上下两个压控振荡器，以电流复用的形式降低了电路功耗;电路采用衬底耦合的方式，输出端的电容可实现交流耦合，有效改善了电路相位噪声。仿真结果表明:在1.2V供电电压下，总功耗为3.6mW;调谐电压在0～0.5V之间变化时，频率调谐范围为3.41～3.50GHz;在中心频率3.44GHz处，偏移中心频率1MHz处的相位噪声为-114.4dBc/Hz。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及研究意义

1．2 无线接收机射频前端电路系统结构

1．2．1 超外差式接收机

1．2．2 零中频接收机

1．2．3 低中频接收机

1．3 CMOS正交压控振荡器的研究现状

1．4 本论文的研究内容和组织结构

1．4．1 主要研究内容

1．4．2 论文的组织结构

第二章 振荡器研究的理论基础

2．1 振荡器的基本原理

2．1．1 双端口负反馈系统分析

2．1．2 单端能量补偿系统分析

2．2 电感电容压控振荡器结构

2．2．1 压控振荡器的数学模型

2．2．2 窄带电感电容压控振荡器

2．2．3 宽带电感电容压控振荡器

2．2．4 正交输出电感电容压控振荡器

2．3 振荡器相位噪声

2．3．1 相位噪声概念

2．3．2 相位噪声研究方法

第三章 0.18μmCMOS工艺的衬底耦合正交压控振荡器设计

3．1 引言

3．2 基本原理和电路实现

3．2．1 传统的正交压控振荡器

3．2．2 本章提出的衬底耦合正交压控振荡器

3．2．3 衬底耦合技术

3．2．4 正向衬底偏置技术

3．2．5 尾晶体管开关自偏置技术

3．3 仿真结果与分析讨论

3．3．1 时域输出波形仿真结果

3．3．2 频率调谐范围仿真结果

3．3．3 相位噪声仿真结果

3．3．4 与相关论文的性能比较

3．4 本章小结

第四章 0.18μmCMOS工艺的电流复用正交压控振荡器设计

4．1 引言

4．2 基本原理及电路实现

4．2．1 传统的电流复用结构压控振荡器

4．2．2 本章提出的电流复用结构正交压控振荡器

4．2．3 可变电容偏置方法的实现

4．2．4 尾电流源改进方法的实现

4．3 仿真结果及分析讨论

4．3．1 时域输出波形仿真结果

4．3．2 频率调谐范围仿真结果

4．3．3 相位噪声仿真结果

4．3．4 与相关论文的性能比较

4．4 本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

附录

致谢

声明