基于0.18μm CMOS工艺的正交压控振荡器研究

发布时间：2017-08-23 09:33

  本文关键词：基于0.18μm CMOS工艺的正交压控振荡器研究

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【摘要】：近年来,随着无线通信技术的飞速发展,无线收发机射频前端电路的设计也遭遇了新的挑战。无线收发机射频前端电路需要实现的功能包括:接收来自天线的微弱有用信号和发射可以顺利传播的射频信号,此过程需要本地振荡器提供精准的正交输出信号,在混频器中混频后可实现接收信号的下变频和发射信号的上变频。目前,对无线收发机射频前端电路的设计主要是采用CMOS工艺技术,本文对基于TSMC 0.18μm CMOS工艺的正交压控振荡器的研究具有一定意义。本文在研究了振荡器的低压低功耗和低相位噪声等设计理论后,提出了两种基于TSMC 0.18μm CMOS工艺的正交压控振荡器。本文主要工作可概括如下:(1)提出了一种基于TSMC 0.18μm CMOS工艺的2.4GHz衬底耦合技术正交压控振荡器。该电路采用衬底耦合技术实现正交输出,在耦合过程中没有附加的噪声源和功耗;采用互补连接的尾晶体管开关自偏置技术,振荡器自身的输出信号可以作为偏置电压注入尾晶体管的栅极,有效改善了电路相位噪声;采用正向衬底偏置技术可降低NMOS管的阈值电压,进而降低了电源供电电压及功耗。仿真结果表明:在1.2V供电电压下,总功耗为3.3mW;调谐电压在0~1.2V之间变化时,频率调谐范围为2.13~2.87GHz;在中心频率2.35GHz处,偏移中心频率1MHz处的相位噪声为-123.2dBc/Hz。(2)提出了一种基于TSMC 0.18μm CMOS工艺的3.4GHz电流复用技术正交压控振荡器。通过将NMOS交叉互耦对构成的两个压控振荡器上下堆叠,那么电流将依次流过上下两个压控振荡器,以电流复用的形式降低了电路功耗;电路采用衬底耦合的方式,输出端的电容可实现交流耦合,有效改善了电路相位噪声。仿真结果表明:在1.2V供电电压下,总功耗为3.6mW;调谐电压在0~0.5V之间变化时,频率调谐范围为3.41~3.50GHz;在中心频率3.44GHz处,偏移中心频率1MHz处的相位噪声为-114.4d Bc/Hz。
【关键词】：CMOS工艺 低压低功耗 低相位噪声 正交压控振荡器
【学位授予单位】：湖南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN752
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 课题研究背景及研究意义10-11
• 1.2 无线接收机射频前端电路系统结构11-13
• 1.2.1 超外差式接收机11-12
• 1.2.2 零中频接收机12-13
• 1.2.3 低中频接收机13
• 1.3 CMOS正交压控振荡器的研究现状13-15
• 1.4 本论文的研究内容和组织结构15-17
• 1.4.1 主要研究内容15-16
• 1.4.2 论文的组织结构16-17
• 第二章 振荡器研究的理论基础17-30
• 2.1 振荡器的基本原理17-20
• 2.1.1 双端口负反馈系统分析17-18
• 2.1.2 单端能量补偿系统分析18-20
• 2.2 电感电容压控振荡器结构20-27
• 2.2.1 压控振荡器的数学模型20-21
• 2.2.2 窄带电感电容压控振荡器21-22
• 2.2.3 宽带电感电容压控振荡器22-24
• 2.2.4 正交输出电感电容压控振荡器24-27
• 2.3 振荡器相位噪声27-30
• 2.3.1 相位噪声概念27-28
• 2.3.2 相位噪声研究方法28-30
• 第三章 0.18μm CMOS工艺的衬底耦合正交压控振荡器设计30-41
• 3.1 引言30
• 3.2 基本原理和电路实现30-38
• 3.2.1 传统的正交压控振荡器30-31
• 3.2.2 本章提出的衬底耦合正交压控振荡器31-32
• 3.2.3 衬底耦合技术32-33
• 3.2.4 正向衬底偏置技术33-36
• 3.2.5 尾晶体管开关自偏置技术36-38
• 3.3 仿真结果与分析讨论38-40
• 3.3.1 时域输出波形仿真结果38-39
• 3.3.2 频率调谐范围仿真结果39
• 3.3.3 相位噪声仿真结果39-40
• 3.3.4 与相关论文的性能比较40
• 3.4 本章小结40-41
• 第四章 0.18μm CMOS工艺的电流复用正交压控振荡器设计41-50
• 4.1 引言41
• 4.2 基本原理及电路实现41-46
• 4.2.1 传统的电流复用结构压控振荡器41-43
• 4.2.2 本章提出的电流复用结构正交压控振荡器43-44
• 4.2.3 可变电容偏置方法的实现44-45
• 4.2.4 尾电流源改进方法的实现45-46
• 4.3 仿真结果及分析讨论46-49
• 4.3.1 时域输出波形仿真结果47
• 4.3.2 频率调谐范围仿真结果47-48
• 4.3.3 相位噪声仿真结果48
• 4.3.4 与相关论文的性能比较48-49
• 4.4 本章小结49-50
• 第五章 总结与展望50-52
• 参考文献52-58
• 附录A (攻读硕士学位期间所发表的学术论文目录)58-60
• 致谢60-61

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 郭鑫;龚敏;刘林涛;;基于电流复用技术的LC压控振荡器[J];微电子学;2011年04期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 唐长文;电感电容压控振荡器[D];复旦大学;2004年

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本文编号：724300