北斗卫星发射接收端VCO设计

摘要

近年来，全球导航定位产业已成为当今国际公认的八大无线产业之一。北斗卫星导航定位系统是我国自主研发的卫星导航定位系统，对我国的经济和国防等领域具有非常重要的作用。射频前端是北斗卫星导航定位系统中北斗接收发射机的重要组成部分，由于CMOS工艺应用在模拟和射频电路上的成功，越来越多的射频单元电路能够实现单片集成，而这一系列的芯片中，低噪声放大器和本地振荡器的性能尤其重要，本文主要研究的就是用于北斗导航系统上行L和下行S频段的电容电感压控振荡器。 本文系统论述了电容电感压控振荡器及其相位噪声的理论，重点研究了低相位噪声的压控振荡器设计与实现，对文献中提出的降低相位噪声技术进行了电路仿真与分析，用实际结果证明了这些降噪技术可以用于本文的设计中。 在SMIC0．18um RF CMOS工艺下，本文设计了分别工作在北斗卫星导航系统发射和接收端的LC压控振荡器。对SMIC工艺库中提供的平面螺旋电感，MOS可变电容和RF电容进行了详细的分析，由于SMIC工艺库提供的平面螺旋电感，MOS可变电容和RF电容数量有限，在此基础上结合文献所提的降噪技术完成了此次两个压控振荡器的设计，进行了版图级的仿真，达到了流片的级别。版图级仿真的结果表明：（1）工作在北斗卫星上行L频段的VCO控制电压在0V到1．8V范围内变化时频率的变化范围1550-1660MHz，其中10KHz时的相位噪声达到-70．86dBc/Hz，100KHz的相位噪声为-101．5dBc/Hz，1MHz的相位噪声为-127．8dBc/Hz。（2）工作在下行S频段的VCO控制电压在0V到1．8V范围内变化时频率的变化范围为2375-2710MHz，其中10KHz时的相位噪声达到-53．1dBc/Hz，100KHz的相位噪声为-80．17dBc/Hz，1MHz的相位噪声为-103．4dBc/Hz。

目录

文摘

英文文摘

声明

致谢

1 引 言

1.1 研究背景

1.1.1 北斗卫星定位系统介绍

1.1.2 北斗卫星导航系统中射频技术介绍

1.1.3 压控振荡器研究状况

1.2 论文研究内容

1.3 论文的组织结构

2 压控振荡器的基本原理

2.1 振荡器概述

2.2 振荡器基本原理

2.3 LC振荡器

2.4 负阻模型

2.5 环形振荡器

2.6 电容电感压控振荡器

2.6.1 VCO的重要性能参数

2.6.2 LC压控振荡器的调节

2.7 VCO的数学模型

3 LC压控振荡器设计重点

3.1 硅基集成电感

3.1.1 品质因数(Q)

3.1.2 平面螺旋电感的等效模型

3.2 可变电容

3.2.1 PN结变容二极管

3.2.2 MOS变容器

3.3 相位噪声

3.3.1 相位噪声的基本概念

3.3.2 振荡器的品质因素

3.3.3 相位噪声的理论模型

3.4 负阻结构设计

3.5 偏置电路设计

4 上行L频段压控振荡器设计

4.1 设计目标

4.2 总体电路拓扑

4.3 电感的选取

4.4 可变电容的选取

4.5 MOS管尺寸参数确定

4.6 固定电容的确定

4.7 降低相位噪声的设计

4.8 电路仿真结果

4.8.1 瞬态分析

4.8.2 调节范围

4.8.3 相位噪声的分析

4.9 版图规划及仿真结果

4.9.1 版图布局

4.9.2 版图级仿真

4.10 VCO性能总结

5 下行S频段压控振荡器设计

5.1 设计目标

5.2 总体电路拓扑

5.3 电感的选择

5.4 可变电容的选取

5.5 MOS管尺寸参数确定

5.6 吲定电容的确定

5.7 降低相位噪声的设计

5.8 电路仿真结果

5.8.1 瞬态分析

5.8.2 调节范围

5.8.3 相位噪声的分析

5.9 版图规划及仿真结果

5.9.1 版图布局

5.9.2 版图级仿真

5.10 VCO性能总结

6 结束语

参考文献

作者简历