CMOS毫米波压控振荡器研究与设计

发布时间：2020-07-25 16:37

【摘要】：随着华为、三星和高通等电信巨头纷纷宣布推出最新的第五代(5G)产品,预示着5G时代已经到来。5G技术至少会带来三个技术提升:用于更大规模电子设备的通信,超可靠和低延迟的通信以及增强的移动宽带。自动驾驶是5G技术在交通系统中的一个典型应用,而作为自动驾驶“眼睛”之一的毫米波雷达又是其最关键的传感器。毫米波雷达大多采用传统的三五族制程,由于工艺昂贵导致其成本太高从而无法大面积地在市场推广。因此,基于价格更低、硬件兼容性更高的CMOS制程的毫米波雷达研究受到了工业界与学术界大量关注。压控振荡器(VCO,Voltage-Controlled Oscillator)是毫米波雷达电路中不可或缺的关键模块,它的相位噪声、调谐范围等参数对雷达的探测精度至关重要。本文使用了65nm CMOS制程对VCO的电路设计进行了比较深入的讨论,为国内24GHz毫米波雷达的设计提供了借鉴。本文首先对毫米波压控振荡器的背景与研究意义进行了介绍,同时也对比了国内外相关工作的研究现状,指出了国内相关设计研究的不足。对压控振荡器的基础知识进行了讲解,使读者对VCO的电路设计有一个全面的认识。最后重点分析了VCO电路的关键参数-相位噪声,对相位噪声的产生原理做了很详细的探讨,并总结了优化方法。基于上述认识,本文使用标准的65nm CMOS制程设计了两款不同结构的VCO芯片。1、基于Class-B电路结构的8GHz VCO,通过3倍频器倍频到24GHz,实测的频率调谐范围为23~26.5GHz,在载波频率为24GHz处时相位噪声为-104dBc/Hz@1MHz,芯片面积大小为650μm×500μm。2、基于Class-C电路结构的24GHz VCO,电路引入了两组开关电容阵列,拓展了压控振荡器的频率调谐范围,同时也减小了VCO的K_(VCO)。实测的频率调谐范围为21.95~24.25GHz,在载波频率为24.25GHz时的相位噪声为-100.79dBc/Hz@1MHz,芯片面积大小为380μm×500μm。两款CMOS毫米波VCO芯片的设计加深了笔者对VCO基本原理的理解,同时也为国内毫米波VCO芯片的研究提供了思路。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN752
【图文】：

移动通信网络发展图

G物联网连接示意图

毫米波汽车雷达分类示意图

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本文编号：2770084