基于CMOS工艺LC振荡器电流效率的研究与环形振荡器的设计

发布时间：2017-07-13 14:25

  本文关键词：基于CMOS工艺LC振荡器电流效率的研究与环形振荡器的设计

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【摘要】：负责提供时钟参考信号的CMOS振荡器,是现代通信系统里面最常见和最重要的模块之一。CMOS振荡器主要可以分为电感电容(LC)振荡器和环形振荡器两种类型。电感电容振荡器,它具有较好的相位噪声性能,可适用于高频等特点；环形振荡器,它具有面积较小,调谐范围较宽等特点,它们均能作为锁相环的一部分,应用在不同参数要求的通信系统之中。高频谱纯度和低功耗是LC振荡器设计中的重点和难点,而电流效率则与这两者均有着紧密的联系,这让电流效率成为近些年来振荡器研究的一个热门方向。本文对工业界广泛使用的B类和C类振荡器的电流效率进行了定量的分析和计算,得到了关于在大幅度情况下,电流效率与临界角,导通角之间的表达式,仿真结果表明,理论与仿真数据误差在5%以内。此外,电流效率不仅可以应用于推导出大幅度情况下1／f2噪声的表达式,还可以应用于高Figure-of-Merit(FoM)值振荡器的设计。射频识别(RFID)技术由于具有在短时间内无需接触就能快速识别大量信息的优点,它经常被用于提高信息(物流信息,标签信息)识别的时效性及准确度。锁相环为RFID芯片提供参考频率,是决定RFID芯片接收和发射性能的关键部分,而压控振荡器则是设计的重点和难点。设计的锁相环输出工作频率范围为840～960 MHz,功耗为31.21 mW,在距中心频率840.125 MHz频偏100 kHz处的相位噪声为-108.5 dBc/Hz,频偏1 MHz处的相位噪声为-132.3 dBc/Hz。与同类锁相环相比较,本文电路在噪声和功耗方面具有一定优势。环形振荡器由于其无电感,面积小,可实现较宽的调谐范围,在低中频通信系统中得到了广泛使用。本文阐述了环形振荡器的两种应用：一种是在1.5GHz-3GHz电荷泵锁相环中的应用,它的实际输出频率为1.13GHz-3.73GHz,在偏离中心频率100 KHz处的相位噪声为-60.49 dBc/Hz,偏离中心频率1 MHz处的相位噪声为-86.84 dBc/Hz;另一种是开环补偿技术对环形振荡器电源噪声的消减,使用带负反馈的电流偏置电路补偿由于电源噪声引起的中心频率变化,噪声消除效果良好,电源敏感度仅为0.0095mUI/mV。仿真结果表明,环形振荡器总的功耗为1.7mmW,在1MHz频偏处噪声为96.5dBc/Hz。
【关键词】：LC振荡器 电流效率 环形振荡器 锁相环 开环补偿技术
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN752
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 第1章 绪论14-18
• 1.1 论文研究背景及意义14-15
• 1.2 国内外研究现状15-16
• 1.3 论文主要工作及结构安排16-18
• 第2章 LC振荡器的基本原理18-50
• 2.1 振荡器的起振过程18-20
• 2.2 RLC二阶谐振腔及负阻振荡器20-32
• 2.3 LC振荡器的相位噪声32-44
• 2.4 LC振荡器的一般设计流程44-48
• 2.5 本章小结48-50
• 第3章 B类及C类振荡器电流效率的理论分析及应用50-74
• 3.1 B类振荡器电流效率的理论分析50-63
• 3.1.1 电流效率的基本概念50-54
• 3.1.2 B类振荡器电流效率的推导分析54-58
• 3.1.3 PMOS和互补型B类振荡器电流效率的推导分析58-63
• 3.2 C类振荡器的电流效率的推导分析63-66
• 3.3 电流效率在噪声理论中的应用66-69
• 3.4 电流效率的应用设计69-72
• 3.5 本章小结72-74
• 第4章 UHF RFID阅读器双环锁相环的设计74-84
• 4.1 超高频射频识别阅读器的概念74-75
• 4.2 锁相环基本概念75-77
• 4.3 电荷泵及分频器电路77-79
• 4.4 双环锁相环中LC振荡器的设计79-81
• 4.5 锁相环的联合仿真结果81-83
• 4.6 本章小结83-84
• 第5章 环形振荡器的应用设计84-92
• 5.1 环形振荡器的基本原理84-85
• 5.2 环形振荡器在1.5GHz-3GHz电荷泵锁相环中的应用85-87
• 5.3 开环补偿技术对减少环形振荡器电源噪声的应用87-90
• 5.4 本章小结90-92
• 第6章 总结与展望92-94
• 6.1 工作总结92
• 6.2 工作展望92-94
• 参考文献94-98
• 致谢98-100
• 在校期间的学术成果100

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本文编号：537283