宽带CMOS压控振荡器研究及设计.pdf

硕士学位论文





题目: 宽带 CMOS 压控振荡器研究及设计



研究生曹旭
专业微电子学与固体电子学
指导教师余志平教授
刘军副研究员
高海军副教授


完成日期 2013 年 1 月
杭州电子科技大学
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指导教师签名: 日期: 年月日
杭州电子科技大学硕士学位论文






宽带 CMOS 压控振荡器研究及设计






研究生: 曹旭
指导教师: 余志平教授
刘军副研究员
高海军副教授



2013 年 1 月
Dissertation Submitted to Hangzhou Dianzi University
for the Degree of Master





Research and Design of CMOS Wide Band
Voltage Controlled Oscillator






Candidate: Cao Xu
Supervisor: Prof. Yu Zhiping
Associate Prof. Liu Jun
Associate Prof. Gao Haijun

1,2013
杭州电子科技大学硕士学位论文

摘要
近年来,无线通讯系统的广泛使用以及半导体产业的快速发展使得射频电路的研发得到
了广泛重视。低成本、低功耗及高性能的无线 RF 收发器的设计已成为一个重要的研究热点,
而 CMOS 技术的不断进步让集成 RF 收发装置的各方面性能都有了全面的提高。压控振荡器
(VCO)是 RF 接收器的一个重要的核心组成部分。实现高性能射频通信系统,拥有高性能
的压控振荡器是其先决条件。
本课题的主要目标是设计一个应用于 IEEE 无线收发前端的宽带压控振荡器。该
振荡器采用 SMIC CMOS RF 工艺实现,输出频率范围为 ~,同时具有
较低相位噪声的特点。
论文首先介绍压控振荡器的研究现状,分析压控振荡器的原理和分类,提出本课题的设
计指标。之后,讨论各种相位噪声模型,并进一步分析了噪声优化的技术。接着介绍了片上
电容以及平面螺旋电感的分类,探讨了相位噪声与器件参数的关系。最后基于 SMIC
CMOS RF 工艺实现宽带电容电感压控振荡器。本论文所设计宽带压控振荡器采用通用的互补
交叉耦合结构,三位二进制电容阵列来实现 8 个频段的选择,MOS 可变电容实现每个频段上
频率的细调。电路各部分都经过精心构架,如管子的尺寸、元件的布局、电流源的大小等,
以获得最佳的相位噪声性能。电路设计完成后,在 Cadence 软件中的 SpectreRF 环境下进行
了仿真和验证。仿真结果表明,在电源电压 V 的情况下,VCO 的中心频率为 ,频
率的变化范围为 ~。在低频段,相位噪声低于-94dBc/******@100kHz,静态功耗
为 9mW,满足设计要求。

关键词: CMOS; 宽带; 压控振荡器;开关电容;相位噪声
I
杭州电子科技大学硕士学位论文

ABSTRACT
With the rapid development of munication and semiconductor industry, The Radio
Freq