检索结果-内蒙古大学图书馆

半导体技术 2007年第1期32卷 21-25页

作者：宁彦卿王志华陈弘毅清华大学微电子学研究所北京100084

在近年来的文献报道中,CMOS LC VCO中交叉耦合MOS管的电路结构变化多端。在不同的设计中,MOS管的类型、数目和连接方式有很多不同的结构。从其基本结构出发总结这些结构,就不同结构MOS管电路对振荡器性能做了简要分析。着重介绍了近年... 详细信息

在近年来的文献报道中,CMOS LC VCO中交叉耦合MOS管的电路结构变化多端。在不同的设计中,MOS管的类型、数目和连接方式有很多不同的结构。从其基本结构出发总结这些结构,就不同结构MOS管电路对振荡器性能做了简要分析。着重介绍了近年来在理论认识,低电压、低相位噪声和宽频率覆盖设计方面所做的努力。

关键词：互补金属氧化物半导体电感电容压控振荡器交叉耦合低电压宽频带

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0.18μm CMOS工艺5GHz正交输出VCO设计

0.18μm CMOS工艺5GHz正交输出VCO设计

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作者：吴文进东南大学

学位级别：硕士

随着社会不断地发展，人们对信息传输的需求也日益增长，光纤通信已成为当前通信技术的热点。与通常电缆通信和微波通信相比，光纤通信有着频带宽、通信容量大、传输损耗低等突出优点。压控振荡器（VCO，VoltageControlledOscillator）... 详细信息

随着社会不断地发展，人们对信息传输的需求也日益增长，光纤通信已成为当前通信技术的热点。与通常电缆通信和微波通信相比，光纤通信有着频带宽、通信容量大、传输损耗低等突出优点。压控振荡器（VCO，VoltageControlledOscillator）电路作为光纤通信集成电路系统中的关键模块，其性能的优劣直接影响着光纤通信的质量。\n 本文介绍了压控振荡器(VCO)的基本原理和电路拓扑结构，采用TSMC0.18umCMOS工艺设计了一种可用于光纤通信系统的5GHz正交输出VCO电路。论文的主要研究工作和创新结果如下:\n 1.论文首先研究了电感电容压控振荡器(LCVCO)的基本原理和实现方式，对环行振荡器与LC振荡器进行了分析比较。\n 2.分析了VCO的相位噪声对无线通信系统的影响，研究了VCO的两种相位噪声模型:线性时不变模型和线性相位时变模型;研究了三种相位噪声优化技术:大电容滤波技术、去除尾电流源技术和开关电容阵列以减小压控增益KVCO技术。\n 3.论文在分析了相关电感和电容压控振荡器的基础上，确定了本次设计所采用的电路结构。\n 4.课题采用TSMC0.18umCMOS工艺，运用噪声滤波技术设计了互补交叉耦合LC压控振荡器，进行了电路的前仿真，版图设计和后仿真。仿真结果表明，在1.8V电源电压下，压控振荡器的振荡频率达到5GHz，1MHz频偏处测得的相位噪声为-108dBc/Hz。

关键词：正交输出相位噪声电感电容压控振荡器 CMOS工艺

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10GHz SerDes扩频锁相环关键技术研究

10GHz SerDes扩频锁相环关键技术研究

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作者：张良西安电子科技大学

学位级别：硕士

微处理器、智能设备等电子产品的飞速发展,使得片外数据率达到Gbps的量级。以SerDes系统为代表的串行链路正成为高速数据传输的主流方式,锁相环作为SerDes系统中的关键模块,可以产生片内高速时钟同时也可为时钟数据恢复电路提供参考时... 详细信息

微处理器、智能设备等电子产品的飞速发展,使得片外数据率达到Gbps的量级。以SerDes系统为代表的串行链路正成为高速数据传输的主流方式,锁相环作为SerDes系统中的关键模块,可以产生片内高速时钟同时也可为时钟数据恢复电路提供参考时钟。与此同时,电路工作系统中的高速率、大电流以及高频率等将会导致严重的电磁干扰现象,这将对电子产品的性能造成恶劣的影响。本文介绍了一种应用于SerDes系统的扩频锁相环结构,该结构基于小数分频锁相环来实现扩频的功能,可以有效降低芯片中的电磁干扰,进而优化电路的性能。本文介绍的扩频锁相环结构包括一个传统的小数分频锁相环,一个3阶的MASH 1-1-1Delta-Sigma调制器和一个三角波发生器。本文的研究目标为基于标准的SMIC 40nm MS/RF 1P8M CMOS工艺和锁相环与扩频时钟的基础理论,研究高速扩频锁相环电路的系统架构以及压控振荡器、高速分频器等电路模块的电路设计技术和实现方法,以满足高传输速率,高速网络传输对高质量时钟信号的需求。论文针对扩频锁相环电路,进行了详细的理论分析,建立了系统的数学模型和噪声模型,讨论了PLL电路的系统设计方案,确定了扩频锁相环的系统参数。完成了PLL电路的详细电路设计,并在设计时最大限度地考虑了电路的功耗和抖动性能,最后采用Spectre等仿真工具进行仿真验证。本文重点研究10GHz超高速串行收发器中扩频锁相环电路的设计与实现问题,围绕扩频锁相环的理论、模型、电路设计和仿真,进行深入的研究。本设计中,扩频锁相环产生向下扩频5000ppm,中心频率为10GHz的信号;调制波形为三角波,调制频率为31.25kHz;LC VCO在1.1V电源电压下的总功耗为11mW,在1MHz频偏处的相位噪声为:-100.53dBc/Hz。该扩频锁相环结构受到工艺参数变化的影响较小,电路实现相对简单,性能稳定,便于集成。

关键词：锁相环相位噪声扩频电磁干扰电感电容压控振荡器

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5GHz压控振荡器及预分频器的设计与研究

5GHz压控振荡器及预分频器的设计与研究

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作者：朱霖西安电子科技大学

学位级别：硕士

无线通信技术的迅猛发展以及CMOS工艺的进步推动了全集成射频收发机的研究与开发，其中高性能的频率合成器是决定整个射频电路性能的关键。论文介绍了基于电荷泵型锁相环的频率合成器的组织结构和线性模型；研究了锁相环中压控振荡器的... 详细信息

无线通信技术的迅猛发展以及CMOS工艺的进步推动了全集成射频收发机的研究与开发，其中高性能的频率合成器是决定整个射频电路性能的关键。论文介绍了基于电荷泵型锁相环的频率合成器的组织结构和线性模型；研究了锁相环中压控振荡器的工作原理以及基本电路结构和设计指标；根据相位噪声的数学模型对振荡器的相位噪声进行了分析；比较了传统双模预分频器和基于相位切换技术的双模预分频器的优缺点。论文根据Zigbee2.4GHz无线收发机的性能要求，采用TSMC0.18μm RFCMOS工艺设计了5GHz电感电容压控振荡器和双模预分频器。压控振荡器采用互补型全差分交叉耦合结构，通过二进制可变电容阵列实现多频段频率调谐，提高了输出摆幅并优化了相位噪声；同时采用自动振幅控制电路，保持输出振幅稳定。预分频器采用相位切换结构实现双模分频，并对二分频器采用电流模逻辑结构，提高了电路工作速度并降低了功耗。在SpectreRF软件环境下对电路仿真，结果显示，电感电容压控振荡器的振荡频率为4654-5172MHz，中心频率约为4.87GHz，调谐范围可达37.2%，核心振荡电路功耗约为0.74-2.75mW，中心频率频偏100KHz处的相位噪声为-91.34dBc/Hz；小数双模预分频器分频比为32/32.5，最高工作频率可达到7GHz，最大功耗为2.83mW，输出信号上升/下降时延分别为91.6ps和95.9ps。由仿真结果可知，所设计的电路符合系统的性能要求。

关键词：电感电容压控振荡器可变电容自动振幅控制双模预分频器相位切换

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基于有源电感和有源变压器的振荡器设计

基于有源电感和有源变压器的振荡器设计

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作者：张赟西安电子科技大学

学位级别：硕士

电感电容压控振荡器和环形压控振荡器被广泛应用于无线和有线信道通信等场景中。集成电路技术的进步推动了通信系统的发展与应用。完全集成的压控振荡器是高速高性能通信系统IC的关键组成部分。振荡器的带宽和相位噪声等性能严重影响着... 详细信息

电感电容压控振荡器和环形压控振荡器被广泛应用于无线和有线信道通信等场景中。集成电路技术的进步推动了通信系统的发展与应用。完全集成的压控振荡器是高速高性能通信系统IC的关键组成部分。振荡器的带宽和相位噪声等性能严重影响着通信收发机的频谱纯度和灵敏度。片内无源螺旋电感和变压器是目前主流应用中组成振荡器的重要元件,但是它们有着硅片面积大、品质因数(Q值)较低、电感值不可调谐等缺点。针对以上现状,本文开展了对IC内集成振荡器的电路实现的研究,将重点放在应用有源电感和有源变压器的完全集成压控振荡器的电路设计上,以提高性能并降低成本。本文主要内容及成果如下:1.设计了应用有源电感的完全集成电感电容压控振荡器电路。由晶体管级电路实现的有源电感可以实现电感值、频率范围和品质因数的片内可调。将特定有源电感电路应用于电感电容压控振荡器中,显著降低了硅片面积,提供了较大的振荡频率范围和较高的品质因数,且可以提供良好的相位噪声性能。2.设计了应用有源变压器的完全集成电感电容压控振荡器电路。有源变压器相对于螺旋变压器的主要优势在于电感的可调性。当由晶体管级电路实现的有源变压器被应用于电感电容压控振荡器时,可以有效降低硅片面积。3.研究了应用有源电感的完全集成环形压控振荡器电路。应用有源电感的环形压控振荡器可以有效改善阈值交叉点处输出电压的斜率,并显著提高振荡频率。4.提出了一种新型可调谐有源电感电路。该有源电感基于回转器-电容网络,在电路中增加辅助电容以补偿有源电感的电感值并增加可调节的频率范围。改变偏置电压等条件实现了电感值和品质因数的片内可调。5.提出了基于新型可调谐有源电感的完全集成压控振荡器的电路结构。对提出的完全集成压控振荡器电路进行仿真与版图设计,并将该电路的指标与近年来同类振荡器的性能指标进行了比较。本文设计的完全集成压控振荡器电路在某厂0.18μm-CMOS工艺下进行仿真,结果显示,1.8V的供电电压下振荡器总功耗为20.2m W;振荡频率范围在0.37～2.92GHz之间,振荡器调谐范围高达155%;当振荡频率为1.32GHz时,偏离该频率1 MHz处的相位噪声为-90.7d Bc/Hz。核心版图总面积仅为0.51mm×0.45mm。

关键词：有源电感有源变压器电感电容压控振荡器环形压控振荡器可调谐

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应用于WSN节点的低功耗CMOS LC VCO的设计

应用于WSN节点的低功耗CMOS LC VCO的设计

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作者：赵晟东南大学

学位级别：硕士

无线传感器网络(WirelessSensorNetwork，WSN)是通过无线通信方式将大量的传感器节点组成的自组织网络系统。无线传感网以近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率（一般小于250kbps）、低成本的特点受到极大关注。频率综合器(FrequencySy... 详细信息

无线传感器网络(WirelessSensorNetwork，WSN)是通过无线通信方式将大量的传感器节点组成的自组织网络系统。无线传感网以近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率（一般小于250kbps）、低成本的特点受到极大关注。频率综合器(FrequencySynthesizer)在无线通信中，为接收机和发射机提供本振信号，而为频率综合器提供指定频率信号的模块则是压控振荡器(VoltageControlledOscillator，VCO)，它不仅决定了频率综合器是否能够锁定在工作频率，而且其相位噪声(PhaseNoise)对收发机内部的混频器(Mixer)的性能有着重要的影响。所以对VCO的设计及优化，成为射频通信系统研究的热点。\n 本文在介绍压控振荡器的研究背景、研究现状、工作原理和常见结构的基础上，给出了应用于WSN节点频率综合器的电感电容压控振荡器(LCVCO)的拓扑结构，该LCVCO采用全差分互补交叉耦合结构，其输出端接SCL结构的二分频器以产生同相和正交输出信号。利用开关电容阵列技术增大调谐范围，并采用电流偏置电路控制VCO的工作电流大小。本文基于TSMC0.18μmRFCMOS工艺，给出了电路设计、前仿真、版图设计和后仿真。仿真结果表明，在1.8V电源电压下，压控振荡器的调谐范围为1.2-1.8GHz。在振荡频率1.56GHz上，1MHz频偏处的相位噪声为-118dBc/Hz，核心电路工作电流为1.38mA。\n 本次设计的LCVCO满足无线传感网节点应用的工作要求。

关键词： CMOS工艺电感电容压控振荡器相位噪声开关电容阵列

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13GHz VCO及锁相环设计

13GHz VCO及锁相环设计

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作者：李剑宏东南大学

学位级别：硕士

无线收发系统的主要模块包括收发链路以及频率综合器(frequency synthesizer, FS),尤其是频率综合器(频综)是影响无线收发系统的信号质量的重要因素,为其提供本地振荡信号。压控振荡器(voltage controlled oscillator, VCO)和预二分频... 详细信息

无线收发系统的主要模块包括收发链路以及频率综合器(frequency synthesizer, FS),尤其是频率综合器(频综)是影响无线收发系统的信号质量的重要因素,为其提供本地振荡信号。压控振荡器(voltage controlled oscillator, VCO)和预二分频器在基于锁相环的频综中工作频率最高,性能的好坏是频综能够稳定工作的关键和前提。本文首先详述了频综在通信系统的功能以及指标,在介绍锁相环(phase-locked loop, PLL)式频综的工作原理、噪声模型以及线性化模型的基础上,确定了频综结构,并根据最大相位裕量法以及综合考虑噪声杂散等指标,进行环路参数设计。然后,详述了VCO的种类和性能指标,确定了电感电容压控振荡器(LC voltage controlled oscillator, LC-VCO)的结构和各模块电路级参数,并且详述了预二分频器的类型并确定了结构,进行理论性分析和设计参数,给出了仿真以及测试结果。最后,对频综其他电路(鉴频鉴相器／电荷泵、分频器)行为级建模,并对附加电路(自动增益控制、串行外设接口、时序控制模块)编写Verilog代码并对整个PLL数模混合仿真,给出了仿真结果。本文采用的是TSMC0.13μmCMOS工艺,设计了一个全N型金属-氧化物-半导体(N metal oxide semiconductor, NMOS)的LC-VCO以及基于电流模式逻辑(current mode logic, CML)锁存器的预二分频器,对其设计并且流片测试。同时,本文完成了整数PLL的数模混合仿真。在片测试结果表明,1.2V电源电压下,LC-VCO的输出频率为12.4-15.2GHz,在15.2GHz频率下相位噪声为-119.74dBc/Hz@1MHz,输出功率为0.66dBm,核心电路功耗为11.88mA,核心面积为0.56×0.84 mm2;预二分频器的自激频率为17GHz,频率范围为11-21GHz,电流5.12mA,核心面积约30x25um2;数模混合电路中,串行外设接口(serial peripheral interface, SPI)的工作时间是3.2us,自动频率校准(automatic frequency control, AFC)工作6 us左右,选择好调谐曲线后,锁相环工作14us左右,因此,经过24us,得到期望的频率16GHz,此时调谐电压幅度为0.7325V,波动约0.9mV。

关键词：整数频率综合器电荷泵锁相环电感电容压控振荡器预二分频器数模混合仿真

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无线传感网SoC节点0.18μm CMOS压控振荡器设计

无线传感网SoC节点0.18μm CMOS压控振荡器设计

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作者：陈晓光东南大学

学位级别：硕士

无线通信系统的不断发展，尤其是IEEE802．15．4标准的提出，极大地推动了无线传感器网络的研发与应用。频率综合器为无线通信系统中接收机和发射机提供本振信号，因此对系统性能有着重要的影响。压控振荡器（VCO）作为频率综合器中提... 详细信息

无线通信系统的不断发展，尤其是IEEE802．15．4标准的提出，极大地推动了无线传感器网络的研发与应用。频率综合器为无线通信系统中接收机和发射机提供本振信号，因此对系统性能有着重要的影响。压控振荡器（VCO）作为频率综合器中提供指定频率信号的模块，直接决定了频率综合器能否锁定，进而决定了收发机能否正常工作；此外，压控振荡器的相位噪声也对收发机中混频器的性能有着重要影响。由于现代通信系统对成本和功耗的要求越来越高，因此，如何在满足振荡频率及相位噪声性能要求的情况下，进一步降低压控振荡器的芯片面积和功耗也就成为射频领域的研究热点。\n 本文在阐述了压控振荡器的工作原理及分类的基础上，详细讨论了多种相位噪声模型，明确了影响相位噪声性能的主要因素，并指出了设计中优化性能的方法和需要折衷考虑的方面。然后，基于频率综合器的性能要求，本文给出了压控振荡器的对应设计指标。在传统差分负阻电感电容压控振荡器的基础上，本课题引入了电阻偏置结构，该电路具有较低的功耗和较好的相位噪声性能。同时，为了补偿工艺的偏差，加入了开关电容控制阵列以提供较大的调谐范围。针对电阻偏置结构具有较好的相位噪声性能这一特点，本课题进一步在相位噪声和功耗这两个指标间进行折衷，引入了开关电流源阵列结构，该结构与开关电容阵列同时工作，在抑制了开关电容阵列对相位噪声性能影响的同时，进一步降低了系统功耗。此外，本文根据模拟集成电路版图设计的要点及压控振荡器电路的性能特点优化了版图设计。整个芯片的设计基于SMIC0．18μm RF CMOS工艺，对所设计的两种结构都进行了前后仿真验证，性能满足设计指标要求。此外，对其中的电阻偏置结构芯片进行了在片测试。测试结果表明：在1．8V电源电压下，电路能够覆盖系统所需频段，总工作电流小于7mA。\n 在当前对无线传感网的关注不断提高的背景下，开发相关的SoC芯片尤其是其中的压控振荡器模块具有重要的研究价值和市场应用前景。

关键词： CMOS工艺电感电容压控振荡器相位噪声无线传感网开关电流源阵列 SoC芯片

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基于0.18-μm CMOS工艺的5GHz振荡器设计

基于0.18-μm CMOS工艺的5GHz振荡器设计

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作者：韦杰文桂林电子科技大学

学位级别：硕士

近年来,随着通信技术的飞速发展,应用于5 GHz无线射频频段的802.11a标准以其数据传输速率快、信号质量好、干扰小等优点得到了广泛的应用。压控振荡器(VCO)可以作为信号源来提供精确的参考频率,是射频通信系统中非常重要的组成模块之一... 详细信息

近年来,随着通信技术的飞速发展,应用于5 GHz无线射频频段的802.11a标准以其数据传输速率快、信号质量好、干扰小等优点得到了广泛的应用。压控振荡器(VCO)可以作为信号源来提供精确的参考频率,是射频通信系统中非常重要的组成模块之一,是目前研究的一个热点。\n 本文研究了应用于802.11a标准的5GHz电感电容压控振荡器(LC VCO)芯片的设计与实现。首先介绍了压控振荡器的原理,对基于反馈系统和基于负阻能量补偿系统这两种振荡器分析方法进行了讨论比较。然后对影响振荡器性能的主要因素――相位噪声进行了分析,研究了线性时变和线性时不变两种噪声模型。接着对振荡器的设计优化方法进行了探讨,在综合了各种约束之后给出了优化方法,提出了设计的步骤。最后详细阐述了如何使用CMOS工艺实现5GHz压控振荡器的芯片设计,其中包括拓扑结构的选取和具体电感电容的选择。\n 本文采用0.18-μm RF CMOS工艺,使用Cadence软件进行电路设计、版图设计、以及参数提取和后仿真。设计了一个应用于IEEE802.11a标准的5GHz压控振荡器,频率变化范围为4.28GHz～5.6GHz,振荡的中心频率为4.9GHz,输出振幅峰-峰值为830mV,相噪声在1MHz频率偏移下为-128dBc/Hz。在1.8V电源电压下,VCO核心部分功耗为8.5 mW,芯片面积为886μm×665μm。

关键词：射频通信电感电容压控振荡器 CMOS工艺相位噪声芯片设计

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0.18μm CMOS工艺单片集成LC压控振荡器设计与实现

0.18μm CMOS工艺单片集成LC压控振荡器设计与实现

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作者：金琳东南大学

学位级别：硕士

无线通信系统的高速发展推动了低成本、低功耗CMOS无线收发系统的研究与开发。同时CMOS工艺技术的不断进步，器件特征频率的提高，也使得无线收发系统中的大部分单元电路，如低噪声放大器、混频器和振荡器等都能够单片实现。无源器件（... 详细信息

无线通信系统的高速发展推动了低成本、低功耗CMOS无线收发系统的研究与开发。同时CMOS工艺技术的不断进步，器件特征频率的提高，也使得无线收发系统中的大部分单元电路，如低噪声放大器、混频器和振荡器等都能够单片实现。无源器件（电感和电容）的片上实现，使得电感电容压控振荡器LC VCO（Voltage-Controlled Oscillator）的单片集成成为可能。\n 本文在介绍CMOS振荡器基本原理和相位噪声的基础上，按照电路设计、仿真、版图设计、版图后仿真、流片和芯片测试的顺序详细介绍了应用于基于IEEE802．11a的无线局域网收发机的VCO的设计、优化和测试结果。VCO的拓扑结构为MOS差分互补无尾电流源结构，采用负阻网络、谐振网络分开分析的方法设计电路参数并且挑选高Q值电感。同时在VCO的接地端增加由LC谐振电路组成的噪声滤波网络，来提高VCO的相位噪声性能。测试结果表明该VCOT作在4．56～4．77GHz频段，谐振在4．56GHz时，1MHz频偏处的相位噪声为-122．3dBc/Hz，核心电路与缓冲电路的总电流为16．8mA，输出接输入阻抗为50Ω的测试仪器时测得幅度为523mV。VCO增加噪声滤波网络后，可以通过增大电路的功耗来换取相位噪声的改善，芯片测试结果比较表明，功耗增大近一倍，相位噪声改善近6dB。\n 本文同时介绍了应用于全球定位系统收发机系统的两个本振VCO的电路及版图设计。其中第一本振为窄带VCO，其工作频率为1．219～1．493GHz，谐振在1．3GHz时，10kHz频偏处的相位噪声为-77．91dBc／Hz，100kHz频偏处的相位噪声为-106．3dBc／Hz；第二本振为宽带VCO，其工作频率为1．029～2．209GHz，谐振在1GHz时，10kHz频偏处的相位噪声为-81．07dBc/Hz，100kHz频偏处的相位噪声为-105．2dBc／Hz；谐振在2GHz时，10kHz频偏处的相位噪声为-75．91dBc／Hz，100kHz频偏处的相位噪声为-102．6dBc／Hz。VCO版图后仿真得到的相位噪声性能均满足系统指标。\n 本文设计的VCO分别工作在4GHz频段以及1GHz频段（包括宽带与窄带VCO），分别可以应用于无线局域网以及全球定位系统收发机系统。

关键词： CMOS工艺电感电容压控振荡器相位噪声无线局域网无线收发系统版图设计

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