基于交叉耦合管线性化技术的LC-VCO

发布时间：2021-08-08 17:24

　　针对电感电容压控振荡器（LC-VCO）中交叉耦合管非线性恶化相位噪声的问题,提出了基于交叉耦合管线性化技术的低相位噪声LC-VCO.该LC-VCO在经典差分LC-VCO拓扑结构基础上增加了自启动开关系统,并引入了基于负反馈的交叉耦合管线性化技术.自启动开关系统能保证该LC-VCO启动速度与经典差分LC-VCO相同.基于负反馈的交叉耦合管线性化技术降低了Groszkowski效应引起的区域相位噪声,增大了振荡器输出幅度,降低了区域相位噪声.工艺仿真结果表明:本文LC-VCO振荡频率为2 GHz,在10 kHz和1 MHz频率偏移处的相位噪声为-75.9 dBc/Hz和-121.5 dBc/Hz,比经典差分LC-VCO分别降低了6.0 dB和1.6 dB. 

【文章来源】：华中科技大学学报(自然科学版). 2020,48(10)北大核心EICSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

经典差分LC-VCO中不同宽长比下mG随u的变化1—W/L=11μm/0.18μm；2—W/L=10μm/0.18μm；3—W/L=9μm/0.18μm．

LC-VCO相比，本文LC-VCO既能降低Groszkowski效应引起的振荡器31/f区域相位噪声，又能增大振荡器输出幅度，降低振荡器21/f区域相位噪声．图7两种结构的mG随u的变化2.3仿真结果基于CadenceVirtuoso平台，使用TSMC(台湾积体电路制造股份有限公司)0.18μm工艺，对本文LC-VCO与经典差分LC-VCO进行仿真对比．本文LC-VCO的结构振荡频率为2GHz，电感值为3.92nH，电感的品质因数为8.5，电压源为1.8V，W/L10/0.18，sR的阻值为200Ω．图8给出了两种结构的输出电压随时间t变化的波形，从图中可以看到本文提出的结构输出幅度更大．图9给出两种结构在不同频率偏移f处的相位噪声L(f)仿真结果图，从图中可以看到：在10kHz和1MHz处经典差分LC-VCO的相位噪声分别为-69.92dBc/Hz和-119.86dBc/Hz；本文LC-VCO在10kHz图8两种结构的输出电压

·24·华中科技大学学报（自然科学版）第48卷mnoxdTHRaRagμCW[(VVV(u)3u)(V(u)/1dTHRaRau)(VVV(u)u)](1V(u)/u)/L．(20)通过式(16)、(18)和(20)的计算结果可知：与经典差分LC-VCO相比，本文LC-VCO中交叉耦合管的截止区从THdu＜VV变为THRadu＜VV(u)V，截止区与饱和区分界点左移，这使mg随u的变化更加缓慢．图5为通过仿真得到的两种结构下mg随u的变化关系，由图可以发现仿真图像与上述分析结果相符合．图5两种结构的mg随u的变化2.2性能分析根据式(16)～(20)计算结果对31/f区域和21/f区域相位噪声进行分析．a.31/f区域相位噪声交叉耦合管非线性与gm的关系如式(3)所述，22om|/||/|iVVgu，m|g/u|的值越小代表非线性越小．图6是图5的导数波形，图中通过仿真给出了经典差分LC-VCO与本文LC-VCO关于mg/u随u的变化关系，可以看到由于本文LC-VCO使mg随u的变化更缓慢，因此本文LC-VCO的mg/u更小，交叉耦合管非线性减小，从而降低Groszkowski效应引起的31/f区域相位噪声．图6两种结构的mg/u随u的变化b.21/f区域相位噪声mG与mg的关系如式(10)所述，mG的值由图5所示mg在[u，u]范围内的平均值得到．从图5可以看到：本研究提出的结构使得截止饱和区分界线左移，交叉耦合管保持在饱和区的范围更大，在此范围内mG随u变化缓慢．图7为经典差分LC-VCO与本文LC-VCO

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于恒定漏-源电压的LC-Tank幅度控制方法[J]. 王德志,张科峰,石琴琴,邹雪城.  华中科技大学学报(自然科学版). 2013(02)



本文编号：3330367