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近年来,随着无线通信技术的迅猛发展,无线终端小型化、低功耗、低成本、高性能已成为发展趋势,为此单片集成收发器亦成为国际上研发热点,其中对关键技术--射频集成电路(RFICs)的研究尤其令人瞩目.随着深亚微米CMOS工艺的成熟,在RF频段使用低成本的CMOS工艺替代以往的GaAs、Bipolar或BiCMOS工艺实现收发器射频前端已成为可能.本文目的是研究标准0.25μm CMOS工艺来设计和实现应用在ISM频段无线通信应用中的全集成LC压控振荡器(VCO)模块.本文首先对CMOS射频集成电路中的关键无源器件--平面螺旋电感模型和损耗机理进行了详细分析,得出了平面螺旋电感设计的几个实用规则.然后详细探讨了压控振荡器时不变和时变两种相位噪声模型,提出了设计集成压控振荡器时优化相位噪声的方法.本文最后详细分析了振荡器的工作原理和LC交叉耦合压控振荡器的实现,提出了从电感着手优化设计LC压控振荡器性能参数的新方法,并在此基础上采用Cadence公司的Analog Artist和SpectreRF完成电路设计与仿真,采用Virtuoso完成电路版图设计,芯片面积为0.42mm<2>(不包括pads).裸片测试结果显示:采用TSMC 0.25μm CMOS工艺技术制成的该ISM频段全集成LC压控振荡器,在2.5V工作电压时,控制电压在0.1~2.0V变化范围内的频率调节范围为2.186~2.428GHz,在振荡器频率为2.4GHz时,相位噪声为-105dBc/Hz@600kHz,输出功率为-7.55dBm,功耗为11mA.与设计性能指标基本吻合,该芯片稍作改进可应用于Bluetooth系统或相应地无线通信系统中.