0.18um CMOS工艺下宽带VCO设计与信号线屏蔽策略

本文主要探讨了信号线屏蔽保护在基于最小均方误差的多用户MIMO下行预编码的宽带CMOS锁相环（PLL）中VCO（电压控制振荡器）电路设计的重要性。设计目标是实现一个1.8GHz至3GHz频率范围内的高性能VCO，以满足通信系统对宽频、低噪声和快速锁定的要求。 首先，文章指出传统的简单结构已经无法满足现代需求，因此设计者采用了更为复杂的"叉指"结构，如图3.16所示的Chartered公司开发的PMOS交叉耦合管。通过并联多个MOS管，如4个共享源漏区的MOS管，可以减小结面积，进一步优化电路的尺寸和性能。 在版图设计中，折叠和叉指技术不仅用于交叉耦合管，还应用于大型MOS管，以减少栅电阻和寄生电容，这对于噪声控制和信号完整性至关重要。此外，针对不同阻值电阻的匹配问题，也利用了这种结构来提升其匹配效果。 振荡网络的互连线设计则着重于减小寄生效应对Q值和频率稳定性的影响。建议使用顶层铝布线，因其电阻小、寄生电容少，同时确保结构紧凑，尽量缩短互连线长度。为了减少噪声耦合，特别是在共用衬底的环境下，文章提出采用隔离环，通过接触孔和铝线将噪声敏感区域与地线隔绝，以减小噪声对VCO的影响。 信号线的屏蔽保护是另一个关键环节。图3.17展示了信号线屏蔽保护的截面图，通过使用多层铝走线和屏蔽盒来防止噪声干扰。虽然这增加了信号线对地的电容，但能够显著提高电磁兼容性。 在VCO电路版图设计上，作者考虑到两个VCO的差分输出作为Buffer输入的需求，以及噪声抑制的重要性，选择了差分信号布局尽量靠近以减小噪声影响。最终的电路版图如图3.18所示，两个VCO的电路设计采用了镜像布局。 论文的总体研究内容涵盖了VCO的设计现状分析、明确指标设定，以及针对实际应用中可能遇到的问题和挑战，提出了一系列有效的解决方案。通过这些措施，论文旨在提供一种高性能、宽频带的VCO设计方法，对于现代通信系统的射频前端有着重要的理论和技术支撑。