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摘要：采用交叉耦合結(jié)構(gòu)，利用TSMC90nm 1P9M 1．2V RFCMOS工藝設(shè)計(jì)的全集成LC壓控振蕩器(VCO)，符合IEEE 802．1lb／g WLAN通信標(biāo)準(zhǔn)。調(diào)諧電壓為0～1．2V，具有150MHz的調(diào)諧范圍(2．44GHz～2．59GHz)。利用Mentor Graphics Eldo對(duì)該電路進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果顯示，在2．5GHz工作頻率處，相位噪聲約為-122．3dBc／Hz@1MHz，功耗僅為1．9mW。
關(guān)鍵詞：壓控振蕩器；無(wú)線局域網(wǎng)；低壓；低功耗；低相位噪聲
0 引言
隨著便攜式無(wú)線設(shè)備市場(chǎng)的迅速擴(kuò)張，降低系統(tǒng)功耗成為射頻集成電路設(shè)計(jì)的重要方向。降低電源電壓作為減小電路功耗的一種常規(guī)方法，效果十分明顯，但設(shè)計(jì)時(shí)必須面對(duì)輸出擺幅下降、信噪比惡化，以及系統(tǒng)對(duì)PVT(Process,Voltage，Temperature)因素更加敏感等諸多問(wèn)題。
壓控振蕩器(VCO)作為頻率合成器的關(guān)鍵模塊，其穩(wěn)定性和頻譜純度對(duì)通信收發(fā)系統(tǒng)的性能至關(guān)重要。如何在輸出擺幅、相位噪聲、調(diào)諧范圍、偏置電流和功耗之間取得較好的折衷是VCO設(shè)計(jì)的最大難點(diǎn)。本文在總結(jié)LC VCO一般性設(shè)計(jì)方法和理論的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一個(gè)適用于IEEE 802．11b／g WLAN(無(wú)線局域網(wǎng))通信標(biāo)準(zhǔn)的VCO。為降低功耗，該VCO采用TSMC 90nm 1．2V低電源電壓工藝，仿真結(jié)果顯示，在2．5GHz中心頻率處，功耗僅為1．9mW，相位噪聲約為-122．3dBc／Hz＠1MHz，相比其它文獻(xiàn)的同中心頻率VCO設(shè)計(jì)，功耗更低，同時(shí)具有較低的相位噪聲。
1 LC VCO的基本工作原理
交叉耦合型LC VCO利用有源器件-g，不斷補(bǔ)充LC諧振同路寄生電阻g所消耗的能量，以維持振蕩。有源器件一般可用MOS對(duì)管構(gòu)成的負(fù)阻實(shí)現(xiàn)，為確保振蕩，需滿足條件
其中，αg為增益裕度系數(shù)，典型值取2～3。gtank為L(zhǎng)C諧振回路等效導(dǎo)納，gactive為負(fù)阻導(dǎo)納，且有
交叉耦合MOS管跨導(dǎo)可表示為
相對(duì)單NMOS或PMOS交叉結(jié)構(gòu)VCO而言，互補(bǔ)交叉結(jié)構(gòu)VCO的輸出波形更對(duì)稱，噪聲特性更好。因此本文選擇互補(bǔ)交叉結(jié)構(gòu)的VCO，電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。根據(jù)LC振蕩器基本理論，該VCO的輸出頻率為
其中，Ctotal為VCO的總電容值，包括固定電容Cfix、可變電容Cv，以及寄生電容Cp(電感L、交叉耦合MOS管和后級(jí)電路的寄生電容)，調(diào)諧電壓Vtune控制Cv，使VCO輸出頻率廠f0隨Vtune的變化而變化。
