Ansätze für eine Bifurkationsanalyse von RF LC-Tank VCOs unter Berücksichtigung nichtlinearer Bauelementegleichungen [Approaches for a bifurcation analysis of RF LC tank voltage-controlled oscillators in consideration of nonlinear equations of components]

摘要

Es wird ein alternativer Ansatz zum Entwurf von vollintegrierten LC Oszillatoren mit Hilfe der Andronov-Hopf Bifurkationsanalyse unter Einbeziehung eines nichtlinearen Overall-Modells für MOS-Transistoren (EKV-Modell) vorgestellt. Das in dieser Arbeit vorgestellte Verfahren beschreibt die MOS-Kapazität des VCOs über geometrische Gundgrößen, die damit nur als Längen- und Weitenverhältnisse in die Bifurkationsanalyse eingehen. Zur Beschreibung der MOS-Kapazität wurde ein Basic-Charge-Modell, wie es in den Arbeiten von Enz und Vittoz vorgestellt wurde, in Verbindung einer expliziten analytischen Näherung des Oberflächenpotenzials verwendet. Das Verfahren ermöglicht es, als zusätzlichen Freiheitsgrad für den Designer auch die Amplitude zur Optimierung der Bauteilparameter heranzuziehen und vorab eine genauere Abschätzung der Parameter des Varaktors zu erhalten. Zusammengefasst in einer Toolbox führt die Anwendung des Verfahrens auf einen grafischen Optimierungsprozess, mit dessen Hilfe die Parameter analytisch bestimmt werden können. Die verwendete Methode erweitert den von Hajimiri und Ham vorgestellten Entwurfsprozess von LC-Tank VCOs um eine Stabilitätsanalyse, die Berücksichtigung harmonischer höherer Ordnung und die physikalisch exakte Modellierung der Varaktorkapazitäten.