低相位噪声低功耗环形振荡器研究与设计

摘要

随着工艺的不断进步，无线通信技术得到了长足的发展。其中因为高速高传输量的需求，高频低功耗设计的压控振荡器作为射频通信电路中的关键模块就变得尤为重要了。环形振荡器因为其结构简单，并且能够获得很高的振荡频率得到了广泛的使用。通常，环形振荡器相对于LC tank VCO有着芯片面积小，振荡频率高，调谐范围大等优势。但是传统的环形振荡器的相位噪声性能通常不太理想，因而在需要高数据传输率的应用中受到了限制。
　　本文的主要研究工作如下：
　　1.本文从环形振荡器的基本结构入手，详尽的分析了不同种类环形振荡器的优缺点以及其适用的场合。同时，也着重分析了对于不同种类的环形振荡器的干扰的来源，这对于分析环形振荡器的相位噪声性能以及找寻如何减小相位噪声的方法提供了出路
　　2.为了优化传统环形振荡器的相位噪声性能，本文着重针对现今常采用的交叉耦合技术进行了分析，并且提出了一种新的利用交叉耦合技术优化相位噪声性能的方案。同时，结合频率累加技术的使用，在充分保留交叉耦合技术优势的情况下，对原输出信号进行了频率累加，最终可以在输出端获得高频的振荡信号，并且振荡器的相位噪声性能也得到了优化。
　　3.本文在TSMC65nm1p5m工艺下，利用cadence spectreRF仿真工具进行了电路实现及仿真，最终获得的振荡器工作在4.782GHz到7.508GHz，调谐范围达到了44.36%，频率调谐是通过采用可变电容细调以及电容阵列粗调的方式得到实现的。在4.782GHz振荡频率下的相位噪声为-101.3dBc/Hz@1MHz，在7.508GHz振荡频率下的相位噪声为-97.38dBc/Hz@1MHz，对应的功耗分别为32.16mW和32.94mW。所以最终的设计不仅保留了环形振荡器固有的高频以及高调谐范围的优点，同时相位噪声性能也得到了优化，同时整体设计的功耗也被限制在了较低的范围。

目录

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第一章 绪论

1.1研究背景与意义

1.2论文的主要内容与章节安排

第二章 环形振荡器基础

2.1环形振荡器中信号类型

2.2环形振荡器的输出方式

2.3调谐方式

2.4本章小结

第三章 环形振荡器的相位噪声

3.1时钟抖动及相位噪声间的关系

3.2基于反向器的环形振荡器的相位噪声

3.3环形振荡器相位噪声抑制技术

3.4本章小结

第四章 环形振荡器的总体架构设计

4.1带隙基准设计

4.2 LDO模块

4.3振荡器模块及频率累加模块设计

4.4调谐模块设计

4.5输出buffer设计

4.6本章小结

第五章 电路实现及仿真结果

5.1电路实现

5.2仿真结果

5.3结果对比

5.4本章小结

第六章 结束语

6.1主要工作与创新点

6.2后续工作研究

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文