论文总字数：21711字

摘 要

Abstract 1

第1章 绪论 3

1.1背景 3

1.2压控振荡器VCO在国内外发展现状 3

1.3课题研究的意义 4

1.4本篇论文的主要工作 4

第2章 压控振荡器（VCO）的基本原理 4

2.1振荡器的基本原理 4

2.2压控振荡器的相位噪声 5

2.2.1压控振荡器的相位噪声模型 5

2.2.2相位噪声的优化设计 7

2.3CMOS交叉耦合LC振荡器拓扑结构 9

2.4VCO电路设计原理 10

2.5 开关电容阵列的设计 12

2.5.1 Frenquncy-Swith技术 12

2.5.2开关电容的实现 13

第3章 自动频率校准电路（AFC）的设计原理 14

3.1 AFC电路的功能 14

3.2 AFC电路工作原理 15

3.3 AFC电路的结构与流程设计 16

3.4 AFC电路算法设计 17

第4章 仿真与验证 19

4.1 VCO的设计与仿真 19

4.1.1VCO设计思路 19

4.1.2VCO仿真结果 19

4.2 AFC设计及仿真 20

4.2.1 AFC设计思路 21

4.2.2AFC仿真结果 21

第5章 总结与展望 22

致 谢 23

参考文献 24

题 目可自动校准频带的压控振荡器（VCO）设计

电子科学与工程学院 院（系）电子科学与技术专业

学 号 06013227

学生姓名 胡 江

指导教师 陈 超

起止日期 2015.11 至 2016.5 设计地点 国家专用集成电路系统工程技术研究中心（ASIC） 东 南 大 学 毕 业（设 计）论 文 独 创 性 声 明

本人声明所呈交的毕业（设计）论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。

论文作者签名： 日期： 年 月 日

东 南 大 学 毕 业（设 计）论 文 使 用 授 权 声 明

东南大学有权保留本人所送交毕业（设计）论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布（包括刊登）论文的全部或部分内容。论文的公布（包括刊登）授权东南大学教务处办理。

论文作者签名： 导师签名：

日期： 年 月 日 日期： 年 月 日

可自动校准频带的压控振荡器（VCO）设计

摘 要

时代不断的进步，通信器件与标准也越来越先进，不仅需要应付越来越拥挤的通信频率通道，还要考虑许多旧的通信模式与标准，例如软件无线电与蓝牙收发装置。这使现代的无线通信系统越来越向着频率自适应技术和宽频技术的方向发展。一方面系统要求锁相环能够提供合适的频率带宽的频率源，另一方面系统为了减小相邻信道的噪声，需要锁相环输出稳定的良好的信号。其中VCO是锁相环中最为基础和重要的结构，VCO主要决定了锁相环的工作性能。VCO 的频率覆盖范围直接影响锁相环的输出频率范围，VCO的相位噪声对输出信号的相位噪声有很大的影响。

在本文中基于SMIC 0.18μm CMOS工艺设计了应用于蓝牙的收发装置的VCO。为了使得芯片面积和功耗尽可能的减小，使用一个VCO来覆盖UHF和L频带。VCO使用直接电压偏置，使得输出电压幅度恒定。电源电压1.8V，频率输出范围4.6G-5.4GG，功耗小于4mA，相位噪声小于-115dBc/Hz@1MHz。自动频带校准模块（AFC)可以实现对压控振荡器VCO的频带的自动选择。

关键词： 低相位噪声，宽调谐范围，压控振荡器，自动校准电路

Abstract

Era of constant progress, communication devices and standard is becoming more and more advanced, not only need to deal with more and more crowded frequency channel of communication, but also many old communication mode and standard, such as software radio and 60 GHZ individual infinite LAN.It makes the modern wireless communication system is more and more in the direction of the frequency adaptive technology and broadband technology development.On the one hand, system requirements phase-locked loop can provide suitable frequency bandwidth of frequency source, on the other hand the system in order to reduce the noise of the adjacent channel, need phase-locked loop output stable good signal.The VCO is phase-locked loop structure, the most basic and important in VCO in mainly determines the performance of phase-locked loop.VCO decided the phase-locked loop output frequency range, determines the phase noise of the output signal.

In this article adopted the SMIC 0.18 mu m CMOS design applied to the VCO of bluetooth transceiver. In order to make the decrease of the chip area and power consumption as much as possible, use a VCO to cover UHF and L band.VCO using direct voltage offset, raising output voltage constant. Power supply voltage of 1.8 V, output frequency range of 1.6 G - 1.9 G, power consumption is less than 4 ma, phase noise is less than 110 DBC/Hz @ 1 MHZ.Automatic frequency calibration module (AFC) can realize the automatic selection of voltage-controlled oscillator VCO frequency band.

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