基于0.18-μm CMOS工艺的10GHz压控振荡器的研究与设计

摘要

在RFIC(radio frequency integrated circuits)领域中,CMOS工艺因其高集成度、低成本的特点得到广泛应用,且CMOS VCO(voltage-controlled oscillator)成为当前射频研究的热点。VCO是现代无线通信领域的重要组成部分,在很大程度上决定着整个系统的性能。基于SMIC0.18-μm CMOS工艺,本文设计了一个全集成RF环形VCO。
　　文中首先简要介绍了VCO的基本特点和发展现状,分析了VCO的振荡原理、典型结构与相噪模型,研究了环形VCO的设计重点;然后在经典的RF环形VCO模型的基础上,重点阐述了一个三级复环路的高速环形VCO,该VCO的延迟单元采用差分结构,通过粗/细调节方式调节电路的频率和功耗;最后,采用 Cadence的Spectre-RF仿真工具对RF环形VCO的电路与版图进行了仿真,并对后仿真结果进行详细分析。
　　本文的RF环形VCO芯片采用SMIC0.18-μm1P6M CMOS工艺设计,系统电源电压取1.8V,输出振荡频率的调谐范围为7.968~8.472GHz,直流功耗是48.5mW;当频率在8.083GHz时,在1MHz频偏处的相位噪声为-88.17dBc/Hz,在10MHz频偏处的相位噪声为-113.1dBc/Hz;芯片面积为132μm×120μm。可应用在雷达通信、无线传输机、频率合成器和时钟恢复电路等无线通信技术中。

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第一章 绪论

§1.1 射频集成电路发展历程

§1.2 压控振荡器简介

§1.3 本文的研究内容及章节安排

第二章 压控振荡器基本原理

§2.1 压控振荡器概述

§2.2 压控振荡器的振荡原理

§2.3 压控振荡器典型结构

§2.4 VCO的相位噪声

§2.5 小结

第三章 环形压控振荡器设计重点

§3.1 CMOS射频MOS晶体管

§3.2 单元延迟电路分析

§3.3 相位噪声

§3.4 小结

第四章 10GHz环形VCO电路设计原理

§4.1 环形VCO拓扑结构分析

§4.2 单元延迟电路分析

§4.3 10GHz环形VCO相位噪声分析

§4.4 10GHz环形VCO电路仿真结果

§4.5 小结

第五章 10GHz环形VCO版图设计与后仿真

§5.1 射频集成电路芯片设计技术

§5.2 10GHz环形VCO版图设计

§5.3 10GHz环形VCO系统后仿真

§5.4 小结

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间主要研究成果