高速環(huán)形壓控振蕩器的分析與設(shè)計.pdf

1、壓控振蕩器(VCOs：Voltage-ControlledOscillators)被廣泛應(yīng)用于鎖相環(huán)(PLLs：Phase-LockedLoops)、時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)(CDR：ClockandDataRecovery)等電路中，其基本結(jié)構(gòu)主要有環(huán)形和LC兩種。相對于LC結(jié)構(gòu)，環(huán)形結(jié)構(gòu)更適合設(shè)計全集成的壓控振蕩器，并具有寬調(diào)諧范圍、高線性以及面積小等特點。 盡管VCO的應(yīng)用比較廣泛，但在分析與設(shè)計時，設(shè)計者仍面臨著很多問題，常常要在中

2、心頻率、調(diào)節(jié)范圍、功耗和相位噪聲等等指標(biāo)之間尋找平衡。在設(shè)計過程中，如果能夠獲得振蕩頻率與電路主要參數(shù)的函數(shù)關(guān)系，并以此分析出振蕩頻率同各參數(shù)的變化規(guī)律，將對VCO的設(shè)計大有裨益。其中，比較常用的方法是利用電路模擬軟件，例如HSPICE，對電路進(jìn)行模擬，經(jīng)過計算獲得電路的振蕩頻率。這種方法的精度很高，但很難得到振蕩頻率同各參數(shù)的具體關(guān)系以及各參數(shù)之間的相互影響。于是，人們嘗試著對基本的振蕩電路進(jìn)行簡化分析，并提取出了一些比較精確的頻率公

3、式。這些公式包含很多的電路以及工藝參數(shù)，從中，設(shè)計者可以比較容易的看出各個參數(shù)對振蕩頻率的影響，也很容易的知道在哪些地方做調(diào)整是可行的。本文將在這些公式的基礎(chǔ)上做進(jìn)一步的分析，推導(dǎo)出帶有多路子反饋電路的環(huán)形振蕩器的頻率公式，并分析總結(jié)了不同相位差以及反饋強(qiáng)度對振蕩頻率的影響。 實用差分環(huán)形振蕩器的結(jié)構(gòu)是比較復(fù)雜的，其設(shè)計形式也是多種多樣。本文首先對VCO的基本原理和主要性能指標(biāo)做了簡單的分析，并比較總結(jié)了由單端和差分兩種基本延遲

4、單元組成的常見環(huán)形振蕩器的性能特點，以及已有的環(huán)形電路結(jié)構(gòu)形式。然后，為了選擇合理的電路結(jié)構(gòu)，本文還利用SMIC的O．18um模型庫和HSPICE對這些電路做了進(jìn)一步的模擬分析。根據(jù)模擬結(jié)果，并利用頻率公式做進(jìn)一步的優(yōu)化后，最終設(shè)計出了高工作頻率帶有多通道子反饋的4級環(huán)形壓控振蕩器，其線性工作范圍為414MHz-7．46GHz，當(dāng)中心頻率為3.67GHz時，輸出信號的擺幅為1.17V，平均功耗為4.16mW(2.31mA*1.80V)，