4.8GHz低功耗WSN射频VCO设计与噪声抑制研究

本文档主要探讨了一项针对无线传感网射频收发芯片（Wireless Sensor Network, WSN）的创新设计，具体为一个4.8GHz低功耗压控振荡器（Voltage-Controlled Oscillator, VCO）。设计工作采用了TSMC 0.18μm RFCMOS工艺，这种工艺在微电子领域具有高度集成和低功耗的优势，对于能源受限的WSN设备至关重要。 电路的核心部分是采用了电流源偏置的互补差分负阻LC振荡器结构，这是一种经典的VCO设计，利用LC谐振回路的特性来实现高精度的频率控制。通过集成3bit的开关电容阵列，设计者实现了振荡器的精细频率调整，这提高了系统的灵活性和调谐性能。 输出部分，电路采用了共源级缓冲技术，以增强信号的驱动能力和稳定性，同时减少功耗。设计者详尽地阐述了电路的设计过程，包括噪声抑制策略，强调了对工艺角偏差的补偿，确保了振荡器在实际应用中的稳定性和一致性。 在设计阶段，作者使用Cadence软件进行了版图设计，最终版图尺寸为700μm x 900μm，显示了良好的面积效率。后仿真的结果显示，该振荡器在1.8V电源电压下，具有超过25%的调谐范围，能够有效补偿工艺参数变化带来的影响。在4.8GHz载波频率下，后仿真测量的相位噪声达到了-126.8dBc/Hz @ 3MHz，表现出优秀的噪声性能。 在实际测试中，尽管存在一定的工艺差异，电路的调谐范围仍达到24%，在3MHz的频率偏移需求下，相位噪声进一步降低至-121.12dBc/Hz，这表明设计的低功耗特性得到了证实，核心电路工作电流仅为2mA，体现出显著的能效优势。 这篇论文详细介绍了如何通过优化的电路结构、先进工艺和噪声抑制策略，成功设计出一款适用于无线传感网的高性能、低功耗的4.8GHz压控振荡器，对于无线通信和物联网领域的低功耗无线设备的发展具有重要意义。