0.18um CMOS工艺下，二进制权重电容开关阵列的宽带低噪声VCO设计与MIMO预编码

本文主要探讨的是二进制权重电容开关阵列在宽带低噪声VCO（Voltage-Controlled Oscillator，电压控制振荡器）设计中的应用，特别是在多用户MIMO（Multiple-Input Multiple-Output，多输入多输出）下行预编码系统中的关键作用。VCO作为宽带CMOS锁相环（Phase-Locked Loop，PLL）的核心组件，其性能直接影响射频接收前端的性能，尤其是在现代通信系统中，对高速度、高精度和低噪声的要求日益增长。 设计目标是实现一个在2.4GHz中心频率，调谐范围超过50%的VCO，传统的单一变容管技术难以满足如此宽的调谐范围，因为这会导致严重的AM-PM（幅度调制到相位调制）转换和较差的相位噪声。为了克服这个问题，作者采用了开关选择阵列，将其分成多个窄带调谐范围，每个范围之间保持一定的频率重叠，以减小AM-PM效应。 具体实现上，使用了二进制权重电容开关阵列，通过MOS开关管和固定电容的组合，形成可变电容网络，通过控制信号选择不同的电容组合，从而实现连续频率的离散化。这种设计显著降低了VCO的增益，提高了频率的可调性和稳定性。通过n位开关控制，可以生成2^n个窄带，有效管理了调谐范围。 论文详细描述了VCO的总体设计方案，包括宽带VCO的设计方法，以及电容切换的具体实现，如图3.1所示的二进制权重电容开关阵列电路。该电路利用开关的选择来动态调整电容，通过变容管的微调功能来确保相邻频段间的重叠，从而达到宽带调谐的要求。 在CMOS工艺中，作者还讨论了其他实现宽带振荡器的方法，如调谐电感开关阵列和窄带压控振荡器的组合结构，但电容切换因其优势成为了首选方案。设计过程中，作者综合考虑了电路拓扑、参数选取、版图设计以及仿真分析，以确保VCO在实际应用中的性能优化。 论文不仅深入研究了VCO的基础理论，还结合了实际工程应用，对于理解宽带CMOS PLL中的VCO设计有着重要的参考价值。这篇硕士论文提供了一个实用且先进的宽带低噪声VCO设计策略，对于推动射频通信系统性能的提升具有重要意义。