CMOS工艺实现的宽带LC压控振荡器设计与分析

"基于CMOS工艺宽带LC压控振荡器研究* (2009年)" 本文主要探讨了一种应用于无线通信系统的宽带LC（电感电容）压控振荡器（VCO）的设计，该设计采用了先进的0.18微米CMOS工艺。在无线通信系统中，压控振荡器是核心组件之一，它负责产生可调频率的信号源，对于通信系统的性能至关重要。 首先，为了实现宽频率覆盖范围，设计中采用了开关电容阵列。这种技术允许通过改变开关电容的连接方式来调整电路的电容值，从而实现频率的宽范围调节。开关电容的使用显著扩大了VCO的工作频带，使其能够覆盖从870 MHz到1500 MHz（53%的频谱宽度），这对于无线通信设备的多频段支持至关重要。 其次，为了减小调谐增益的变化，设计中使用了开关可变电容阵列。调谐增益的稳定性是保证VCO输出频率稳定性的关键因素。通过这种方式，可以控制调谐曲线的平滑性，减少非线性效应，从而提高整个系统的频率控制精度。 再者，为了获得低相位噪声，设计中采用了高品质因数的差分电感和噪声滤波技术。相位噪声是衡量振荡器性能的重要指标，它直接影响通信系统的信号质量和信噪比。差分电感可以降低共模噪声，并提供更好的电磁兼容性。而噪声滤波则有助于进一步减少电路内部和外部噪声对振荡器性能的影响，使得在100 kHz偏移时，相位噪声优于-100 dBc/Hz，这在无线通信应用中是非常理想的性能。 最后，电路的实现基于SMIC的0.18微米CMOS工艺，这是一种成熟的半导体制造技术，能够提供良好的集成度和较低的功耗。在1.8 V的工作电压下，该VCO的直流功耗仅为9 mW，这在便携式和电池供电的无线设备中是非常重要的考虑因素。 该研究通过创新的电路设计和优化的工艺实现了宽带、低相位噪声和高调谐精度的VCO，对于无线通信系统的频率合成和信号源生成具有很高的实用价值。这一设计方法为未来更高效、更宽频带的VCO提供了有价值的参考。