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随着无线通信技术的急速发展,尤其是5G计划在不断的推进,无线通信系统对带宽的要求越来越高,这就使得毫米波频段(30GHz~300GHz)可观的频谱资源愈发的具有吸引力。射频收发系统是无线通信系统中不可或缺的一部分,对它的研究一直是毫米波频段甚至是太赫兹频段的主要内容。压控振荡器(Voltage-controlled Oscillator,VCO)是雷达系统以及射频收发系统中最为关键的一个模块,得到了更加广泛的关注。本文首先阐述了CMOS毫米波压控振荡器的意义,介绍了国内外关于CMOS毫米波频段压控振荡器的研究进展,然后分析了压控振荡器的设计理论、实现方法和毫米波频段VCO的性能要求。最后,基于CMOS工艺进行毫米波VCO的设计。论文工作如下:1.对低相位噪声压控振荡器的设计进行了研究。在ADS仿真环境中,利用开口谐振环结构设计电感,并在Cadence仿真环境中设计中心频率为140GHz的VCO。与传统螺旋电感相比,利用该结构电感设计的压控振荡器的相位噪声改进1.1dBc/Hz。2.对宽频带压控振荡器的设计进行了研究。在ADS仿真环境中,利用人工介电常数的概念并基于数字可控的差分传输线设计了感值可变的片上电感。通过理论分析并结合ADS仿真对数字可控差分传输线中各参数对感值的影响进行分析和验证,并在Cadence仿真环境中利用GF65nm工艺进行宽频带压控振荡器的设计。通过对电路的仿真数据进行分析,实现了频率调谐范围约为6GHz(139.4GHz~145.3GHz)的宽频带压控振荡器。3.基于注入锁定技术对正交压控振荡器展开了研究。基于注入锁定的分频特性,利用两个压控振荡器的二次谐波相互作为注入信号,实现两个振荡器的基波信号相位的正交。同时采用1/4?传输线增加振荡器输出二次谐波的振幅从而增加增加注入能量,提高注入锁定产生正交信号的频率范围。在ADS中仿真优化所需电感,在Cadence仿真环境中利用GF65nm工艺设计电路,仿真得出该电路的正交输出频率范围为141.2GHz~144.8GHz,相位噪声为-109.69dBc/Hz@10MHz,比单个压控振荡器的相位噪声改进1.75dBc/Hz。