0.13μm CMOS工艺低相位噪声宽带LC VCO设计

"该文介绍了一款基于0.13微米CMOS工艺设计的低相位噪声宽带LC压控振荡器。该振荡器采用开关电容阵列和可变电容阵列，实现了宽调谐范围与低相位噪声的平衡，具有良好的频率调谐线性度。在1.2伏电源电压下，其功耗仅为3.6毫瓦，频率调谐范围在4.58到5.35吉赫之间，中心频率为5吉赫，1兆赫偏离中心频率时的相位噪声为-125分贝每赫兹平方根。该设计特别适用于2.4吉赫频段的无线传感网射频收发机。" 本文详细阐述了一种低相位噪声宽带LC压控振荡器的设计方法，旨在解决无线通信中对高质量信号源的需求。压控振荡器（VCO）在无线通信系统中扮演着至关重要的角色，因为它决定了发射信号的频率，而相位噪声直接影响通信质量。 在设计中，采用了0.13微米互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺，这种工艺允许在微小的尺寸下实现高性能的电子元件。为了实现宽调谐范围且保持低相位噪声，设计者利用开关电容阵列，这是一种可以改变电容值的技术，允许频率调谐范围的扩展。同时，通过引入可变电容阵列，进一步提高了频率调谐曲线的线性度，确保了在整个调谐范围内相位噪声的稳定。 电路结构包括交叉耦合的NMOS管（M1和M2）作为负阻元素，以及由M3和M4组成的电流镜，提供稳定的偏置电流。这种结构使得LC振荡器能够在谐振频率下持续振荡，同时，负阻概念的应用有效地补偿了电路中的能量损失。 在振荡原理部分，文章解释了如何通过负阻来维持LC振荡。理想情况下，电感和电容组成的并联回路会在谐振频率下振荡。但由于实际元件的电阻损耗，振荡会逐渐减弱。负阻器件（如NMOS交叉耦合对）的引入可以抵消这种损耗，保证振荡的持续进行。通过计算和比较有源器件的跨导（gm）与寄生电阻（RL），可以确定振荡器是否能够稳定工作。 在实际应用中，由于温度和工艺变化的影响，需要确保负阻始终能够补偿寄生电阻。因此，设计中可能需要考虑温度补偿机制或自适应控制策略，以保证在各种条件下VCO的性能稳定性。 这款低相位噪声宽带LC压控振荡器的设计为无线通信系统提供了高效能的频率源，尤其适用于对相位噪声敏感的2.4吉赫频段无线传感网。通过采用先进的工艺技术和优化的电路设计，实现了功耗低、调谐范围广且噪声性能优异的目标，对于提升无线通信系统的整体性能具有重要意义。