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具有自动频率校准功能的宽带压控振荡器（VCO）芯片设计

作　者: 李方硕
导　师: 文光俊
学　校: 电子科技大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 低相位噪声 宽调谐范围 压控振荡器 自动频率校准电路
分类号: TN752
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


随着不断进步的通信标准和器件,通信系统不仅要应付越来越拥挤的频率通道,还要兼容许多旧的通信标准,如软件无线电和60GHz个人无线局域网。这使得现代通信系统的发展趋势很可能向着宽频技术(UWB)和频率自适应技术发展。系统要求锁相环综合器提供足够频率带宽的频率源。另一方面为了减小相邻信道带来的噪声,系统要求锁相环综合器输出信号具有良好的频率稳定度。而压控振荡器VCO作为锁相环综合器中作为最为基础和重要的模块,很大程度决定了锁相环综合器的工作性能。在锁相环综合器架构确定的情况下,压控振荡器VCO决定了锁相环综合器的输出频率范围,并很大程度决定了输出信号的相位噪声(锁相环综合器的带外相位噪声由压控振荡器VCO决定)。所以对于宽带低噪声的VCO研究成了近几年的热门领域。本文采用TSMC 0.13μmCMOS工艺,设计了应用于移动数字电视调谐芯片的宽带VCO。能覆盖UHF和L频段的频率综合器只使用了一个VCO,从而使得芯片的面积和功耗得以减小。该宽带VCO通过移除尾电流源使用直接电压偏置,使得近端相位噪声得到优化并且输出电压幅度恒定,同时采用了band-switch技术,减小VCO的调谐增益Kvco。VCO电源电压为1.8 V,调谐范围为2.56 G Hz-3.84 G Hz,在2.56 G Hz和3.84 G Hz频偏100 K Hz时相位噪声分别为-103dBc/Hz和-94 dBc/Hz,整个调谐范围内输出电压峰峰值变化8%,直流功耗15 mW。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
图目录  8-11
表目录  11-12
第一章 绪论  12-18
  1.1 现代射频通信系统的发展趋势  12-13
  1.2 现代锁相环频率综合器  13-14
  1.3 压控振荡器VCO 在PLL 综合器中的作用及其国内外发展状况  14-16
  1.4 课题研究的意义  16
  1.5 论文的内容结构  16-18
第二章 LC-VCO 的基本原理  18-45
  2.1 振荡器的一般工作原理  18-20
  2.2 LC 调谐网络  20-28
    2.2.1 RLC 网络的频率-阻抗特性  20-22
    2.2.2 集成电感  22-25
    2.2.3 集成电容  25-26
    2.2.4 集成变容管  26-28
  2.3 振荡器的起振的设计考虑  28-29
  2.4 振荡器稳定工作的条件  29-30
  2.5 振荡器相位噪声分析  30-37
    2.5.1 器件的噪声  31-32
    2.5.2 线性时不变模型LTI  32-34
    2.5.3 线性周期时变模型LPVT  34-37
  2.6 LC VCO 的电路结构  37-39
  2.7 LC Tank Amplitude 的分析  39-45
    2.7.1 电流偏置VCO 的LC Tank Amplitude 分析  39-41
    2.7.2 电压偏置VCO 的LC Tank Amplitude 分析  41-45
第三章 宽带LC VCO 的设计原理  45-62
  3.1 宽带LC VCO 的自激振荡建立分析  45-46
  3.2 宽带LC VCO 的输出摆幅分析  46-50
    3.2.1 宽带电流偏置VCO 的输出摆幅分析  46-49
    3.2.2 宽带电压偏置VCO 的输出摆幅分析  49-50
  3.3 开关电容阵列的设计  50-62
    3.3.1 Frenquncy-Swith 技术  50-51
    3.3.2 开关电容的实现  51-54
    3.3.3 二进制权重开关电容阵列的分析和设计  54-57
    3.3.4 伪指数开关电容阵列的分析和设计  57-62
第四章 自动频率校准电路（AFC 模块）设计原理  62-71
  4.1 AFC 电路的功能和性能指标  62-63
  4.2 AFC 电路工作原理  63-64
  4.3 AFC 电路设计  64-71
    4.3.1 AFC 电路结构和工作流程设计  64-66
    4.3.2 AFC 电路算法（AFC search algorithms）设计  66-67
    4.3.3 比较器比较准则和计数参数的设计  67-71
第五章 具有自动频率校准功能的2.4G-4G HZ 宽带LC VCO 设计  71-77
  5.1 集成电感和有源器件的设计  71-74
  5.2 开关电容阵列的设计  74-76
  5.3 AFC 电路比较参数的设计  76-77
第六章 电路的仿真验证  77-84
  6.1 宽带VCO 的版图设计  77-78
  6.2 宽带VCO 的仿真验证  78-82
    6.2.1 宽带VCO 相位噪声仿真  78-79
    6.2.2 宽带VCO 的摆幅-频率特性仿真  79-80
    6.2.3 宽带VCO 的频率调谐特性和频带覆盖仿真  80-81
    6.2.4 电容复用伪指数电容阵列性能仿真  81-82
  6.3 自动频率校准电路AFC 的仿真验证  82-84
总结与展望  84-85
致谢  85-86
参考文献  86-90
个人简历  90-91
攻读硕士学位期间的研究成果  91-92

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 基本电子电路 > 振荡技术、振荡器 > 振荡器
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