宽带低相位噪声压控振荡器的研究与设计

发布时间：2020-08-12 01:15

【摘要】：电感电容压控振荡器被广泛应用于时钟生成器和频率合成器等电路中。随着通信系统的发展,对压控振荡器的带宽和近边带相位噪声性能提出了更高的要求。另一方面,电感电容压控振荡器通常使用片上螺旋电感,其具有品质因数较低、单位面积电感值较小和电感值不可调节等缺点。针对这些问题,本文研究了降低振荡器的幅度-相位调制(AM-PM)转换以降低近边带相位噪声和提高有源电感的品质因数的方法。本文对电感电容振荡器中交叉耦合管的尺寸对AM-PM转换的影响进行了量化分析,通过建立交叉耦合管的栅极-漏极寄生电容和漏极-衬底寄生电容的等效模型,推导出了AM-PM转换系数的表达式。结果表明,随着交叉耦合管尺寸的增大,压控振荡器的AM-PM转换系数会随之增大。因此在低相位噪声压控振荡器中,交叉耦合管的尺寸应该最小化以降低AM-PM转换。研究了电感电容振荡器中交叉耦合管的体效应对AM-PM转换的影响。结果表明,引入体效应可提高交叉耦合管的线性范围,增大振荡器的振荡幅度和谐振腔的品质因数,使漏极-衬底寄生电容工作在C-V曲线更加平滑的区域,从而减小了压控振荡器的AM-PM转换系数和降低了1/f~3区域的相位噪声,提高了1/f~3区域的品质因数FoM~(1/f~3)。基于含反馈电阻共源共栅接地有源电感电路,通过引入一个片上电容提高其品质因数。结果表明,引入片上电容增大了有源电感的等效电感和减小了串联等效电阻,从而提高了有源电感的品质因数。为了实现有源电感在整个电感值可调的范围内具有大的品质因数,进一步引入一个可变电容器,通过控制可变电容器的电容值实现有源电感品质因数的调节。最后设计了一个采用有源电感代替无源电感的压控振荡器,采用TSMC0.18-μm工艺,用Cadence Virtuoso软件对电路进行了版图设计,压控振荡器调谐范围为136%,在频偏为1 MHz处的相位噪声为-112.5 dBc/Hz。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN752
【图文】：

示意图,示意图,振荡器,输出功率

（2-1）图2-1 输出频谱示意图上式中，A(t)和 t 都是时间 t 的函数；V0是最大的电压幅度；f 是一个周期函数，它代表振荡器稳态输出波形的形状。如果 f 不是一个三角函数，输出功率谱将会在附近有输出功率。并且由于振幅 A(t)和相位的扰动，实际振荡器的输出谱在及其 n

相位噪声,下变频,实际情况,信号

第二章压控振荡器的相位噪声7图2-4 实际情况下相位噪声对信号下变频的影响目前有两种表征振荡器输出信号频率波动大小的方法，一是从时域观点的抖动时间（TimingJitter），二是从频域观点的相位噪声（PhaseNoise）。相位噪声往往表示偏离载波频率处单位带宽的噪声功率和载波平均功率的比值，单位为 dBc/Hz，用公式表示为： 0110sidebandtotalcarrierP , HzL lgP （2-2）式中 01sidebandP , Hz为偏移载波频率处单位带宽内（1Hz）的噪声功率，carrierP为载波的平均功率。值得注意的是，公式（2-2）定义的相位噪声包含了幅度扰动 A t 和相位扰动 t 。 totalL dBc / Hz

噪声整形,振荡器,求导

（2-9）上述过程可以用图 2-7 表示。图2-7 振荡器的噪声整形我们将 H j 写成幅度-相位的形式： j H j =A e 。对 ω 求导得到：jdH dA d= jA ed d d （2-10）当0 时，因为，所以 A 1，公式（2-9）可表示成：0

【参考文献】