C类电压控制振荡器的研究

摘要

振荡器是一种不需要外加激励信号就能自动将直流能量变换为周期性交变能量的装置，它是许多电子系统的主要部分之一，应用十分广泛。随着无线通信终端、特别是手持无线设备（如手机）的普及，使得射频前端芯片的设计越来越趋向于小型化、低成本、低功耗方向发展。假如一个集成收发系统能够实现0.5V的供电电压，甚至更低，那么目前炙手可热的太阳能电池就可能为这些无线通信系统供电，这也将为节能减排做出巨大贡献。
　　本文即实现了一个应用于太阳能超低电压下带有振幅反馈的C类电压控制振荡器，主要内容如下：
　　1.研究了C类VCO由来，解释为什么与其他类型VCO相对比，它能更有效的降低相位噪声与损耗，研究其结构中的核心要点所在，并总结出规律。
　　2.研究交叉耦合式LC-VCO所存在的问题，诸如如何简化电路结构、如何减少谐振回路所带来的损耗等等。
　　3.设计了一个动态偏置的控制振幅反馈回路来实现超低电压供电，它可以把LC-VCO的偏置条件从最初起振时的AB类偏置转变为稳定的C类低电流谐振偏置。
　　4.设计了两级缓冲放大器，第一级提供高输入阻抗，第二级用于增加VCO的调谐范围并使其易于起振。
　　5.本研究的结果是基于Cadence开发环境及Goldengate仿真器进行，采用65-nm RF CMOS工艺，设计实现了一个适用于中心频率2.43GHz的低相噪、低损耗的C类电感电容压控振荡器。
　　最终测试加工后的芯片，当供电电压为0.3V，工作于2.43GHz下，位于1 MHz偏频下的相位噪声为-111 dBc/Hz，功率损耗为0.58 mW，性能优良系数为-181 dBc/Hz。

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第一章 绪论

1.1 研究工作的背景和意义

1.2 压控振荡器(VCO)的研究现状

1.3 本文的主要内容与创新

1.4 本论文的结构安排

第二章 压控振荡器的设计

2.1 振荡器的基本理论

2.2 电感电容压控振荡器(LC-VCO)的研究

2.3 LC-VCO的基础设计

2.4 本章小结

第三章 射频CMOS工艺建模及分析

3.1 CMOS 65-nm工艺分析

3.2 MOS管的建模与仿真分析

3.3 集成电感建模与仿真分析

3.4 可变电容的建模与仿真分析

3.5 本章小结

第四章 C类VCO的实现

4.1 C类VCO的基本设计框架

4.2 LC_VCO的设计

4.3 功率检测器的设计

4.4 比较器的设计

4.5 C类VCO的整体仿真

4.6 版图设计留片与测试

4.7 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 工作总结

5.2 工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间取得的成果