压控振荡器

压控振荡器作为无线收发机的重要模块，它不仅为收发机提供稳定的本振信号，还可以倍频产生整个电路所需的时钟信号。它的相位噪声、调节范围、调节灵敏度对无线收发机的性能有很大影响。

文章首先介绍了振荡器的两种基本理论：负反馈理论和负阻振荡理论。分别从起振、平衡、稳定三个方面讨论了振荡器工作所要满足的条件，并对这些条件以公式的形式加以描述。

接着介绍了两种类型的压控振荡器：环形振荡器和LC振荡器。对这两种振荡器的结构、噪声性能和电源的敏感性方面做出了分析和比较，通过分析可以看出LC压控振荡器更加适合于应用在射频领域。紧接着介绍了CMOST艺可变电容和电感的物理模型，以及从时

变和非时变两个方面对相位噪声进行了分析。

最后本文采用csm25Rf工艺并使用Cade nee SpectreRF仿真器进行仿真分析，设计了一个COMS LC压控振荡器，频率变化范围为2.34GHz-2.49GHz,振荡的中心频2.4GHz,输出振幅为±480mV相噪声为100kHz频率偏移下-91.44dBc/Hz ，1MHz频率偏移下-116.7dBc/Hz，2.5V 电源电压下功耗为18mW

关键词：LC压控振荡器；片上螺旋电感；可变电容；相位噪声，调谐范围。

ABSTRACT

Voltage-control-oscillator is the crucial components of wireless transceiver, it provides local signal and clock for the whole circuit, its performance parameter, such as: phase noise, tuning ran ge, power con sumpti on, have great effect on wireless tran sceivers.

Firstly, two oscillator theorems: n egative-feedback theorem and n egative-resista nce theorem , are presented and the conditions of startup, equilibrium, stabilization required for oscillator are discussed respectively.

Secon dly , we in troduce two types of VCO : ring VCO and LC VCO ,and made a comparis on betwee n them , it is obvious that LC VCO are suit for RF applicati on. The physical model for MOS varactor and pla nar spiral in ductor are prese nt.

At last, a COMS LC VCO with csm25rf technology is presented , the VCO operates at

2.34GHz to 2.49 GHz, and its oscillation frequency is 2.4GHz. The amplitude is 二480 mV. The phase noise at 100 kHz offset is -91.48dBc/Hz, and -116.7dBc/Hz at 1MHz. The power consumption of the core is 18mW with 2.5V power supply.

Key Words: LC VCO ；on-chip spiral in ductor；MOS-varactor；phase no ise turni ng range.

目录

第一章绪论. (1)

1.1 研究背景 (1)

1.2 LC 压控振荡器的研究现状. (2)

1.2.1 片上电感和可变电容. (2)

1.2.2 相位噪声理论和降噪技术. (2)

1.3 论文研究的主要内容 (3)

第二章LC 振荡器的基本原理 (5)

2.1 振荡器概述 (5)

2.2 反馈理论. (5)

2.2.1 巴克豪森准则 (5)

2.2.2 平衡条件 (6)

2.2.3 稳定条件. (7)

2.3 负阻理论 (8)

2.3.1 起振条件. (8)

2.3.2 平衡条件. (8)

2.3.3 稳定条件. (9)

2.4 常见的振荡器 (11)

2.4.1 环形振荡器. (11)

2.4.2 LC 振荡器 (11)

第三章压控振荡器的实现 (13)

3.1 环形振荡器 (13)

3.2 LC 压控振荡器. (14)

3.2.1 COMS 变容管的实现 (14)

3.2.2 COMS 工艺中的电感 (17)

3.3 LC 压控振荡器的实现. (21)

3.3.1 LC 交叉耦合振荡器 (21)

3.3.2 压控振荡器的数学模型. (22)

3.3.3 LC 压控振荡器的实现 (23)

3.4 振荡器的相位噪声 (24)

3.4.1 相位噪声的知识. (24)

3.4.2 非时变模型. (26)

3.4.3 时变模型 (28)

3.4.4 降低相位噪声的方法. (32)

第四章2.4GHz LC 压控振荡器设计方案 (34)

4.1 电路结构的选择 (34)

4.2 谐振器的设计 (34)

4.2.1 片上电感. (34)

4.2.2 MIM 电容 (35)

4.2.3 压控变容器(Varactor) . (35)

4.2.4 谐振器电路设计. (35)

4.3 负电阻产生电路设计 (36)