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宽调谐低相位噪声的环形压控振荡器设计

作　者: 马龙
导　师: 周健军；梅丁蕾
学　校: 上海交通大学
专　业: 软件工程
关键词: 压控振荡器锁相环环形压控振荡器延迟单元相位噪声
分类号: TN752
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

近几年无线通信系统的蓬勃发展推动了低成本、低功耗CMOS无线收发机的研究与开发。CMOS工艺技术的不断进步,无源器件(片上电感和电容)在片上实现技术的日趋成熟,使得无线收发机系统中大部分单元电路,如低噪声放大器(LNA),混频器(Mixer)、本地振荡器(Local Oscillator)以及中频滤波器(IF Filter)等都能够单片实现。压控振荡器作为无线收发机的重要模块,它不仅为收发机提供稳定的本振信号,还可以倍频产生整个电路所需的时钟信号。它的相位噪声、调节范围、调节灵敏度对无线收发机的性能有很大影响。无线通信技术的蓬勃发展,对无线收发机的性能要求越来越高,因而如何设计一个高性能的压控振荡器已成为模拟集成电路设计的一个重大挑战。本文系统论述了CMOS工艺的环形压控振荡器的理论和实现,并且深入浅出的研究和讨论了压控振荡器设计过程中的许多关键技术。文章首先介绍了振荡器的两种基本理论:负反馈理论和负阻振荡理论。分别从起振、平衡、稳定三个方面讨论了振荡器工作所要满足的条件,并对这些条件以公式的形式加以描述。同时列举了两种常见的振荡器,环形振荡器和LC振荡器。给出了它们的电路结构,并对它们特性做出了分析和比较。接着重点介绍环形压控振荡器的原理,对压控环振延迟级结构和噪声模型做出了分析和比较。最后是环形压控振荡器的实际电路设计部分(包括延迟单元和占空比校正单元)以及仿真结果,对时域波形,调谐曲线,相位噪声,功耗进行了分析。并总结该环形压控振荡器的性能,本设计采用SMIC 0.18μm CMOS工艺,使用Cadence Spectre RF仿真器进行仿真,设计了一个1.5GHz压控振荡器,频率变化范围为470MHz～1.5GHz。相位噪声为1MHz频率偏移下-108.6dBc/Hz,1.8V电源电压下核心功耗为6.48mW,系统优值为-159.7dBc/Hz。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-8
目录  8-9
INDEX AND TABLES  9-11
符号说明  11-12
一、概述  12-19
  1.1 振荡器技术的发展  12-17
  1.2 环形压控振荡器的研究目的  17-18
  1.3 论文主要内容和贡献  18-19
二、压控振荡器基本工作原理  19-28
  2.1 振荡器基本理论模型  19-25
    2.1.1 反馈理论  19-22
    2.1.2 负阻理论  22-25
  2.2 常见的振荡器  25-28
    2.2.1 环形振荡器  25
    2.2.2 LC振荡器  25-28
三、环形压控振荡器原理与设计  28-44
  3.1 环形振荡器基本原理  28-29
  3.2 压控环振延迟级结构  29-36
    3.2.1 单端延迟单元(倒相器)  29-30
    3.2.2 差分延迟单元  30-36
  3.3 振荡器的噪声模型  36-44
    3.3.1 Leeson模型  37-38
    3.3.2 Razavi模型  38-40
    3.3.3 DaiLiang模型  40-44
四、电路设计与仿真结果  44-54
  4.1 电路设计  44-45
    4.1.1 延迟单元  44-45
    4.1.2 占空比校正器电路  45
  4.2 仿真结果  45-53
    4.2.1 时域波形  46-48
    4.2.2 调谐曲线  48-49
    4.2.3 相位噪声  49-51
    4.2.4 功耗  51-53
  4.3 性能总结与比较  53-54
五、总结与展望  54-55
  5.1 总结  54
  5.2 展望  54-55
参考文献  55-58
附录  58-63
致谢  63-65
攻读学位期间发表的学术论文  65

宽调谐低相位噪声的环形压控振荡器设计

内容摘要

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