论文部分内容阅读
伴随射频集成电路制造技术的进步和互联网产业的发展,便携移动产品市场
扩张步伐逐年加快。在美国、欧洲和日本等发达地区,无线互联网已实现城市高
密度覆盖。目前的常见的上网方式包括电缆(或光缆)、手机和WLAN 三种。电
缆(光缆)传输高速稳定,但铺设过程复杂且成本高;传统WAP 手机上网信号
覆盖面大,但连接相对不稳定,速度较慢,3G 移动网络在国内作为新兴事物正
被大力推广,而设备改造仍需时日;WLAN是一种成熟高效的局域化网络架构,
具有组网便捷、成本低廉等优势,非常适合作为3G通信网络的补充。业界很多
人士认为,3G与WLAN的组合将成为未来移动通信发展的主流趋势,即所谓的
4G 网络。届时,3G 网络将实现大范围的通信区域覆盖,WLAN 则提供局部区
域的无线服务,从而实现网络的全覆盖与无缝连接。
具有互联网连接功能的移动手持设备对信号的稳定性及电池续航能力的要
求苛刻。以目前市场上的主流电池技术而言,储能空间提升已面临瓶颈,因此有
效减小电路功耗就成为便携产品设计的重要方向。信号连接的稳定性则要求设备
内部的无线接收机本地振荡信号必须具有较高的频谱纯度和抗干扰能力。
本文的压控振荡器作为WLAN 移动产品中无线接收机的关键模块,正是基
于以上业界背景设计的。其首要设计目标便是在低相位噪声的前提下实现低功
耗。为实现低功耗,本设计选用了TSMC 90nm 1P9M 1.2V RFCMOS 低压工艺,
然而不得不面对传统射频集成电路结构在小尺寸低压工艺下产生的一些严重问
题,诸如电压低导致振荡器难以起振、低压输出相位噪声特性较差且易被外界干
扰、调谐范围较窄等。如何实现功耗、相位噪声、起振时间和调谐范围等特性指
标的折中将成为设计的主要难点。
集成电路业界针对深亚微米工艺下设计射频模拟集成电路的局限提出了多
种解决方案,其中以模拟电路数字化最具代表性。模拟电路数字化虽可解决很多
深亚微米工艺射频模拟集成电路设计中出现的问题,但暂时依然无法完全替代传
统模拟电路器件和结构。
本文以传统交叉互补耦合结构为基础,在90nm 低压RFCMOS 工艺下设计
出适用于802.11b (WLAN)通信协议的双端差分输出压控振荡器,并完成了版
图的绘制。对压控振荡器结构、工作机理、相位噪声和器件选取等方面亦进行了
一些探讨,特别是对片上螺旋电感器件的选取进行了大量测试和对比,为最终设
计的完成奠定了坚实的基础。利用实验室的明导(Mentor Graphics)软件平台,
最终仿真结果显示,本文设计的压控振荡器完全符合802.11b通信协议移动产品
的要求,且功耗极低。
作为在90nm 低压工艺下设计传统射频集成电路的一次有益尝试,本文在结
尾亦提出了一些设计时遇到的问题,希望能在以后的研究中得到进一步解决。