0.18μm CMOS工艺5GHz正交输出VCO设计

摘要

随着社会不断地发展，人们对信息传输的需求也日益增长，光纤通信已成为当前通信技术的热点。与通常电缆通信和微波通信相比，光纤通信有着频带宽、通信容量大、传输损耗低等突出优点。压控振荡器（VCO，VoltageControlledOscillator）电路作为光纤通信集成电路系统中的关键模块，其性能的优劣直接影响着光纤通信的质量。
　　 本文介绍了压控振荡器(VCO)的基本原理和电路拓扑结构，采用TSMC0.18umCMOS工艺设计了一种可用于光纤通信系统的5GHz正交输出VCO电路。论文的主要研究工作和创新结果如下:
　　 1.论文首先研究了电感电容压控振荡器(LCVCO)的基本原理和实现方式，对环行振荡器与LC振荡器进行了分析比较。
　　 2.分析了VCO的相位噪声对无线通信系统的影响，研究了VCO的两种相位噪声模型:线性时不变模型和线性相位时变模型;研究了三种相位噪声优化技术:大电容滤波技术、去除尾电流源技术和开关电容阵列以减小压控增益KVCO技术。
　　 3.论文在分析了相关电感和电容压控振荡器的基础上，确定了本次设计所采用的电路结构。
　　 4.课题采用TSMC0.18umCMOS工艺，运用噪声滤波技术设计了互补交叉耦合LC压控振荡器，进行了电路的前仿真，版图设计和后仿真。仿真结果表明，在1.8V电源电压下，压控振荡器的振荡频率达到5GHz，1MHz频偏处测得的相位噪声为-108dBc/Hz。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 VCO在通信系统中的应用

1．3 正交输出LC压控振荡器的研究现状

1．4 论文组织结构

第2章 基于CMOS工艺的LC VCO

2．1 CMOS工艺介绍

2．2 振荡器基本原理

2．2．1 概述

2．2．2 振荡器的起振条件

2．2．3 振荡器的理想波形要求

2．2．4 VCO的一些重要参数

2．3 LC压控振荡器

2．3．1 压控振荡器的数学模型

2．3．2 窄带LC压控振荡器

2．3．3 宽带LC压控振荡器

2．3．4 正交输出LC压控振荡器

2．4 小结

第3章 振荡器相位噪声分析

3．1 相位噪声定义和噪声源

3．1．1 相位噪声的定义

3．1．2 一般噪声源

3．2 振荡器的相位噪声

3．2．1 相位噪声的时域描述

3．2．2 锁相环连续时间系统模型及传递函数

3．3 相位噪声模型

3．3．1 相位噪声线性时不变模型

3．3．2 相位噪声线性相位时变模型

3．4 相位噪声优化技术

3．4．1 大电容滤波技术

3．4．2 去除尾电流源

3．4．3 开关电容阵列以减小压控增益Kvco

3．5 小结

第4章 正交输出LC压控振荡器设计

4．1 CMOS交叉耦合LC振荡器拓扑结构

4．2 正交输出LC压控振荡器的实现方式

4．2．1 RC移相的基本原理

4．2．2 MOS管耦合法

4．3 正交输出LC压控振荡器的优化设计与实现

4．3．1 振荡器电路设计

4．3．2 谐振腔设计

4．3．3 电感的选取

4．3．4 RC滤波器

4．3．5 缓冲级

4．3．6 VCO电路前仿真结果

4．4 VCO版图设计与后仿真

4．4．1 VCO版图设计规则

4．4．2 版图设计

4．4．3 VCO版图后仿真结果

4．5 小结

第5章 总结与展望

致谢

参考文献