压控振荡器是锁相环(Phase-Locked Loop,PLL)和无线通信系统的核心部分,其相位噪声、调频范围等参数不仅对锁相环的性能起到决定性作用,而且影响到整个无线通信系统的功能。随着集成电路的快速发展,对振荡器的功耗、相位噪声、调频范围等性能提出了更高的要求。低功耗、低噪声、高频率的高性能振荡器结构吸引了众多国内外学者进行研究。基于此,设计了一种基于Ring架构的宽带VCO。论文首先介绍了VCO的研究背景和发展现状,论述了VCO的工作原理、主要分类以及相关的性能指标,比较了环形振荡器和电感电容谐振压控振荡器的优缺点。其次介绍了振荡器噪声产生的原因和噪声的分类,并基于三种典型的噪声分析模型提出降低相位噪声的方法。基于TSMC 65nm工艺,完成新型交叉前馈结构的环形振荡器电路的设计,主要包括偏置电路设计、延迟单元的设计和缓冲器的设计。在设计过程中,运用电容滤波技术来减小振荡器的相位噪声,采用源极负反馈电路得到改善调频线性度的线性电流,提高了VCO的整体性能。此外,在VCO的版图设计中,采用了深N阱隔离等技术来尽量减少衬底噪声干扰。采用TSMC 65nm工艺设计Ring VCO芯片,使用Cadence公司的Spectre RF软件对Ring VCO进行瞬态分析、频率特性、相位噪声等仿真分析,仿真结果表明所设计的VCO输出频率范围为0.2GHz~3.8GHz,当电源电压为1.2V时,消耗电流为4.6m A,并且具有良好的线性度。当频率为2.4GHz时,振荡器的相位噪声为-93.47dBc/Hz@1MHz。利用Virtuoso Layout Editor完成压控振荡器的版图设计,版图面积为70μm×81μm。版图设计完成后,进行后仿真分析,并将其与前仿真结果对比,发现后仿真与前仿真结果有很好的一致性。最后,将设计的Ring VCO应用到PLL电路中,完成PLL的电路设计、仿真分析和版图设计,结果表明设计的Ring VCO符合预期要求,验证了环形振荡器在锁相环中的重要作用。