基于Chartered 0.18um工艺的宽频低噪VCO设计与电感参数优化

本文主要探讨的是电感参数在基于最小均方误差的多用户MIMO下行预编码的宽带低噪声VCO（电压控制振荡器）设计中的重要性。VCO作为宽带CMOS锁相环系统的核心组件，其性能直接影响到整个接收机的性能，特别是对于通信系统中高速、低噪声和快速锁定的要求。 首先，设计者选择了全PMOS架构而非互补型LC VCO，原因在于全PMOS结构有三个MOS管，减少了电路复杂性，且有利于减小寄生电容，从而提高VCO的低功耗和稳定性。为了满足不同频率需求，VCO被设计成两个部分，VCO1的频率范围为3.1GHz-2.35GHz，VCO2的范围为2.45GHz-1.75GHz，通过合理配置电感来确保它们各自的工作区域。 电感在VCO设计中扮演着至关重要的角色，其品质因数（Q值）决定了噪声性能。文章提到，为了追求低噪声和低功耗，选择的电感C100W10S2N2—20K和C100WIOS2N3—20K具有较高的品质因数，但C100W10S2N2—20K在低频段的Q值较低，这可能导致在该频率范围内VCO难以稳定起振，因为低频段的等效电阻较小，需要更大的跨导来驱动。为了克服这一问题，设计者考虑了电容开关阵列的使用，选择4-bits阵列以避免陡峭的CV特性曲线，同时选用PN结变容管，其具有高Q值和良好的线性度，但需确保在工作时反偏，以维持共振网络的优良性能。 研究中，变容管的选型不仅考虑了低噪声，还兼顾了调谐范围，最终选择了Chartered 0.18um CMOS工艺库提供的0.5pF PN结变容管，其电容变化范围适中，能满足设计需求。论文还介绍了VCO的频率计算公式，以及对VCO设计中其他关键参数的考量，如电容、漏极寄生电容和输出节点寄生电容等。 本文深入讨论了电感参数在宽频带、低噪声VCO设计中的选择策略，以及如何通过优化这些参数来实现高性能的宽带CMOS锁相环系统。这不仅对VCO设计者具有实用价值，也为理解和改进无线通信系统的接收前端性能提供了有价值的参考。