论文总字数：21053字

摘 要

近年来，随着通信电子系统的迅速发展，集成度高、成本低的CMOS无线收发机不断朝着低功耗、小型化、多功能、多标准的方向发展，取得了飞速的进步。与此同时，个人移动通信发展迅速，射频市场不断向外扩张，高频压控振荡器的研究逐渐成为移动通讯研究的热点。但是该技术仍有很大的研究空间。

本文一开始介绍了振荡器的发展历史和国内外的研究现状。接着详细地阐述了振荡器的基础知识，振荡器的工作原理、振荡器的两大分类、主要性能指标和相位噪声分析。噪声分析中主要介绍了线性时不变模型线性时变模型，并且简要说明了相位噪声带来的影响。本文简要介绍了Cadence软件和TSMC 0.18μm CMOS工艺，详细地介绍了采用Cadence软件完成的电路设计和仿真实验，最后与目标性能参数相比较，得出结论。

本课题在了解VCO的研究背景和应用意义的基础上，采用TSMC 0.18μm工艺，设计了一个硅基毫米波压控振荡器，并对其进行了电路设计以及电路仿真。最终设计出的振荡器振荡频率为60.01GHz，相位噪声为-100.3 dBc/Hz@10MHz，系统功耗为38.87mW，基本符合指标要求。

关键词 CMOS，压控振荡器，三推，相位噪声

Abstract

In recent years, with the rapid development of wireless communication systems and the continuous advancement of deep sub-micron CMOS process technology, highly integrated, low-cost CMOS wireless transceivers are moving in the direction of low power, miniaturization, multi-function, and multi-standards. Development has made great progress. At the same time, with the rapid development of personal mobile communications, the RF and wireless markets have achieved unprecedented expansion. Meanwhile, the research of ultra-high frequency voltage controlled oscillators has become a hot topic in mobile communication research. However, this technology still has a lot of research space.

At the beginning of this paper, we introduced the history of the development of oscillators and the research status at home and abroad. Then explained in detail the basic knowledge of the oscillator, the working principle of the oscillator, two major classifications of the oscillator, the main performance indicators and phase noise analysis. In the noise analysis, the linear time-varying model of linear time-invariant model is mainly introduced, and the influence of phase noise is briefly explained. We then briefly introduced the Cadence software and TSMC 0.18μm CMOS process, and described in detail the circuit design and simulation experiment completed with Cadence software, and finally compared with the target performance parameters and reached the conclusion.

This thesis designs a silicon-based millimeter-wave voltage-controlled oscillator using TSMC 0.18μm process, based on the research background and application significance of VCO, and completes the circuit design, the simulation test and layout design. The final designed oscillator oscillator frequency can reach 60.01GHz, the phase noise is -100.3 dBc/Hz@10MHz, the system power consumption is 38.87 mW. Basically it meets the requirements of the indicator.

Key words CMOS, VCO, Triple-Push, Phase noise

目 录

第一章 绪论 1

1.1 选题背景 1

1.2 振荡器的发展历史及国内外研究现状 1

1.3 论文的研究内容和组织结构 2

第二章 压控振荡器的理论知识 5

2.1 振荡器的基础知识 5

2.2 巴克豪森准则 5

2.3 压控振荡器的基础知识 6

2.3.1 压控振荡器的特性 6

2.3.2 压控振荡器的数学模型 7

2.3.3 压控振荡器的性能指标 8

2.4 压控振荡器的分类 9

2.4.1 环形振荡器 9

2.4.2 电感电容压控振荡器 10

第三章 相位噪声分析 11

3.1 相位噪声概述 11

3.2 Razavi线性时不变模型 12

3.3 Lesson线性时不变模型 13

3.4 Hajimiri线性时变模型 13

3.5 相位噪声的影响 13

第四章 三推结构压控振荡器的设计 15

4.1 三推振荡器的电路结构 15

4.2 三推振荡器的电路设计 17

第五章 Cadence软件介绍与振荡器电路仿真 18

5.1 Cadence软件介绍 18

5.2 振荡器中的器件选择 19

5.2.1 片上电感与可变电容 19

5.2.2 MOS管 19

5.3 Cadence软件电路设计图 20

5.3.1 电路的直流仿真 21

5.3.2 电路的瞬态仿真 22

5.3.3 电路的周期稳态仿真 25

5.3.4 电路的相位噪声仿真 26

5.4 三推振荡器电路设计总结 27

第六章 工作总结 28

参考文献 29

致谢 31

第一章 绪论

1.1 选题背景

振荡器是电子通信领域的重要部件，在电子、通信、生物医学、航空航天等领域都起到非常关键的作用，用途十分广泛。无线电技术发展的初期，振荡器是发射和接收设备的基本部件，它可以在发射机中产生高频率的载波电压，还可以在超外差接收机中用来产生本振源。随着通信技术的快速发展，振荡器在诸多的领域的作用变得愈发广泛。

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：21053字