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无线通讯系统的蓬勃发展推动了射频集成电路的研究与开发。在工艺技术的飞速进步下,尤其是电感和变容管等无源器件片上实现问题的解决,压控振荡器已经可以实现单片集成,这对降低收发机的成本十分关键。如何在较低的功耗下设计噪声性能和调谐范围满足系统应用要求的全集成压控振荡器,仍然是目前射频集成研究领域的难点。本论文针对上述问题,系统分析了射频全集成电感电容压控振荡器的原理和实现,参考国内外压控振荡器研究的现状,设计了一种低压、低功耗、低相位噪声和较大调谐范围的集成压控振荡器,主要有如下研究内容和结果。1.深入探讨了压控振荡器的原理和各项技术指标,尤其是相位噪声的产生机制和基本模型。研究电感和变容管这两种射频集成无源器件的寄生效应和射频MOS晶体管的热噪声模型,提出集成电感的设计原则和优化方法,详细研究了一种新型的积累型MOS可变电容,这种积累型MOS变容管比一般的反型MOS变容管有更高的品质因数。2.以低压、低功耗、低相位噪声和较大调谐范围为原则完成压控振荡器的电路结构设计。考虑压控振荡器设计指标的相互约束条件,尽可能减小相位噪声的来源,设计电路的拓扑结构。引入“有效电阻”的概念对电路的各项关键参数在线性时不变模型下进行理论分析和推导,得到相位噪声在1 f 2区域的理论值。3.基于TSMC的0.35微米锗硅BiCMOS工艺,采用SpectreRF仿真器进行压控振荡器的调试和仿真。以低压、低功耗、低相位噪声和较大调谐范围的设计目标对压控振荡器进行设计优化,最后得到由积累型MOS变容管调谐的压控振荡器,电源电压为1.5V,功耗约10mW,中心频率为4.2GHz,调谐范围为28%,在频率偏移量为600kHz处的相位噪声为-128dBc/Hz,与线性时不变模型下的理论推导结果非常接近。与由反型MOS变容管调谐的压控振荡器比较,结果表明积累型变容管调谐的VCO具有更好的相位噪声性能。