基于最小均方误差的宽带CMOS PLL VCO结构优化与分析

本文主要探讨了谐振回路结构优化在多用户MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）下行预编码中的应用，特别是在宽带CMOS锁相环（VCO）设计中的重要性。在第二章中，着重研究了VCO设计中的关键问题，特别是变容管（Variable Capacitance Diode，VCD）的非线性特性。作者指出，传统的变容管存在C．V曲线陡峭的问题，这会导致AM-PM（Amplitude-to-Phase Modulation）转换增加，影响相位噪声性能。为解决这一问题，文献【37】提出了一种创新方法，即采用Back-to-back VCO结构，通过两个反相串联的变容管来减小电容的非线性，从而减少AM-PM转换，降低相位噪声。 Back-to-back VCO结构如图2.20所示，它通过在电感不变的情况下保持频率稳定，要求变容管的尺寸是传统SE．VCO（Single-ended Tuned VCO）的两倍。这种结构的特点是，当控制电压Vt恒定时，单端变容管Cvl和Cv2在正负半周的反偏电压变化导致它们的电容值Cvl>Cv2，这样有效地减小了非线性效应。由于Cvl分得的压降较小，其非线性对总串联电容的影响减小，从而使得输出摆幅对电容值的影响微乎其微，大大降低了AM-PM转换的影响。 此外，文中提到通过采用开关电容阵列（如电感开关阵列、电容开关阵列和VCO切换方式）可以进一步改善VCO的宽带特性，避免变容管的陡峭C．V特性，进一步降低相位噪声。这些技术对于实现宽带、低噪声和快速锁定的VCO至关重要，特别是在现代通信系统中，高性能射频接收前端的需求推动了VCO设计技术的不断进步。 论文以Chartered 0．189μm CMOS工艺为基础，设计了一个覆盖1.8GHz至3GHz频段的VCO，不仅回顾了当前VCO的研究进展，还明确了设计目标，旨在提供一种高性能的VCO解决方案，以满足通信系统日益增长的性能需求。通过这些优化策略，论文不仅关注了VCO的基本原理，还涉及了实际应用中的设计挑战和解决方案，对于深入理解宽带CMOS锁相环中的VCO设计具有很高的参考价值。