低功耗蓝牙正交VCO：电流复用与高效设计

本文主要探讨了在低功耗蓝牙(Bluetooth Low Energy, BLE)应用中，如何利用电流复用技术改进正交信号振荡器(Voltage-Controlled Oscillator, VCO)的设计，以实现高效的低功耗性能。传统的VCO设计中，电流复用是一种常用的降低功耗的方法，通过共享部分电流路径来减少总的电流消耗。文章提出了一种新型的VCO设计，它在保留电流复用的基础上，增加了尾电流源，这有助于进一步降低平均电流损耗，同时保证了相位噪声在满足蓝牙LE的指标要求。 在具体实现上，研究者采用了TSMC 0.18微米标准CMOS工艺进行仿真。在849.7 MHz的正交信号频率下，即使在中心频率偏移1 MHz的情况下，该VCO的相位噪声也能达到-126 dBc/Hz，显示出良好的稳定性和噪声性能。在1.8 V电源电压下，该VCO的电流消耗仅为1.05 mA，具有很高的效率，其 figures of merit (FoM) 达到了182 dBc，显示出了出色的功耗效率。 此外，经过二分频处理后，正交信号的频率范围扩大到783~866 MHz，保持了信号的有用频率范围。整体来说，该VCO的版图面积控制在0.38平方毫米，兼顾了功耗和面积的优化。这一设计方案对于低功耗射频应用，特别是像BLE这样的无线通信系统，具有显著的实用价值和指导意义。 与现有文献相比，如[2]和[3]中通过电流复用技术降低功耗的例子，本文的VCO设计不仅保持了低功耗特性，还通过优化结构提高了正交信号的质量。另外，与采用变压器反馈或N-PMOS VCO的解决方案不同，作者避免了额外的芯片面积增加和成本增加的问题，实现了更简洁、经济的设计。 总结来说，本文提出的基于电流复用的低功耗正交信号VCO设计，通过技术创新和精细的仿真验证，为满足低功耗、高精度无线通信需求提供了有效的解决方案，具有广泛的工程应用前景。