【摘要】：伴隨著無(wú)線通信產(chǎn)業(yè)的飛快發(fā)展,人們對(duì)于通訊系統(tǒng)帶寬的要求也變得越來(lái)越高。鑒于在高頻的微波頻段擁有非常充足的頻譜資源,現(xiàn)代通訊系統(tǒng)正向著高頻微波特別是毫米波頻段發(fā)展。毫米波通訊相較于之前比較傳統(tǒng)的無(wú)線電短波、超短波以及微波的通訊,擁有許多獨(dú)特的地方。因?yàn)楹撩撞úǘ谓橛谖⒉úǘ闻c光波波段的中間(即毫米波的波長(zhǎng)在微波波長(zhǎng)與光波波長(zhǎng)中間),因而其能夠同時(shí)擁有微波與光波的一些優(yōu)勢(shì)。與此同時(shí),毫米波在其傳輸過(guò)程中不易受到雜波的干擾,對(duì)塵埃及一些其他介質(zhì)微粒具有較強(qiáng)的穿透能力,使得通訊過(guò)程相對(duì)穩(wěn)定。CMOS工藝具備工藝簡(jiǎn)單、集成度高、速度快以及功耗低等一系列的優(yōu)勢(shì),故一直以來(lái)成為了各類集成電路工藝的首選。本文分為以下幾個(gè)部分。第一部分首先闡述了 CMOS毫米波壓控振蕩器的研究意義以及國(guó)內(nèi)外的一些研究現(xiàn)狀。第二部分介紹了毫米波壓控振蕩器的設(shè)計(jì)原理以及電感等一些無(wú)源器件的分析。最后,基于GF 65 nm CMOS工藝設(shè)計(jì)了一款寬頻帶的壓控振蕩器以及一款低相噪的壓控振蕩器。論文的主要研究工作如下:1、對(duì)寬頻率范圍的壓控振蕩器的設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究�？勺冸姼械陌鎴D設(shè)計(jì)在ADS軟件中實(shí)現(xiàn),通過(guò)改變開關(guān)MOS管的開閉狀態(tài)來(lái)控制電感線圈間的耦合系數(shù),從而改變電感的感值;然后將電感生成SP模型放入基于Cadence平臺(tái)設(shè)計(jì)的電路原理圖中進(jìn)行仿真與分析;最后實(shí)現(xiàn)的壓控振蕩器的振蕩頻率為137.87～162.34 GHz,功耗為15.64 mW,頻偏1 MHz處的相位噪聲為-86.63 dBc/Hz。與傳統(tǒng)的可變電容陣列調(diào)諧方式相比,本文的壓控振蕩器具有比較大的頻率調(diào)諧范圍。2、對(duì)低相位噪聲的正交壓控振蕩器的設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究。通過(guò)分析振蕩器的相位噪聲模型,選取合適的電路結(jié)構(gòu)與元件,并運(yùn)用尾電流優(yōu)化、大電容濾波、諧振濾波等技術(shù)來(lái)提高LC壓控振蕩器的相位噪聲性能。最后實(shí)現(xiàn)的壓控振蕩器的振蕩頻率為139.4～149.3 GHz,振蕩幅值為0.1～2.1 V,功率范圍大概是9.25～9.72 dBm,頻偏1 MHz處的相位噪聲為-91.83 dBc/Hz。與傳統(tǒng)的壓控振蕩器相比,本文的壓控振蕩器具有較好的相位噪聲性能。
【圖文】：

Ｙｅａｒ邋ｏｆ邋Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ逡逑圖１．２不同工藝下的有源器件的截止頻率隨時(shí)間的變化逡逑圖１．２所示的為不同工藝下的有源器件的截止頻率隨時(shí)間發(fā)展的變化曲線。逡逑前些年，由于化合物工藝制造的有源器件的截止頻率／，比較高且其帶寬和噪聲逡逑性能在毫米波集成電路中展現(xiàn)出一定的優(yōu)勢(shì)，導(dǎo)致這些化合物工藝比較受大家歡逡逑迎。然而伴隨著納米技術(shù)的飛速發(fā)展，硅基毫米波互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體逡逑（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ邋Ｍｅｔａｌ邋Ｏｘｉｄｅ邋Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ：邋ＣＭＯＳ）工藝制造的有源器件的截逡逑止頻率也逐漸達(dá)到了與化合物工藝相似的程度，加上ＣＭＯＳ工藝具備工藝簡(jiǎn)單、逡逑集成度高、速度快、功耗低等一系列的優(yōu)勢(shì)，ＣＭＯＳ工藝逐漸在毫米波集成電路逡逑占有重要位置，成為了各類集成電路工藝的首選［７］。逡逑１．１．３壓控振蕩器的研究意義逡逑近些年來(lái)，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和無(wú)線通信技術(shù)的飛快發(fā)展，人們對(duì)射頻收發(fā)系逡逑統(tǒng)提出更高頻率、更小尺寸、更低功耗

偏離載波頻率的偏移量，相位噪聲的單位為ｄＢｃ／Ｈｚ。逡逑隨著人們對(duì)相位噪聲的深入研究，逐漸發(fā)現(xiàn)采用原先功率比值方式去定義噪逡逑聲，，難以剝落幅度噪聲的影響，進(jìn)而產(chǎn)生了相位噪聲的新定義（如圖２．８所示）：逡逑新的定義為由隨機(jī)相位的波動(dòng)導(dǎo)致的單邊帶譜密度的１／２，公式如下：逡逑Ｌ＾ｃｏ｝＝＼ｌ２ｘＳ＾ｆ）邐（２．１１）逡逑Ｓ0ｔＴ邋“邐Ｓ0ｔＴｉ邋ｔ逡逑邐１0邐Ａ逡逑圖２．８相位噪聲定義示意圖逡逑到目前為止，研宄人員針對(duì)振蕩器的相位噪聲提出了許多模型，包括Ｌｅｅｓｏｎ逡逑模型、Ｃｒａｎｉｎｃｋｘ和Ｒａｚａｖｉ模型以及Ｈａｊｉｍｉｒｉ模型等。逡逑１９６６年，Ｌｅｅｓｏｎ提出了一種相位噪聲計(jì)算公式：逡逑？邋ｆｌｒＴ邋（邋ｍ邋Ｖ邋（邋Ａ邋砂＂，逡逑Ｚ｛Ａ？｝邋＝邋１０－ｌｏｇｉ－￣－邋１＋邋—＾邐［邐Ｃ２．１２）逡逑１邋Ｊ邐［邋Ｐ，ｇ邋［邋［２ＱＡｃｏ）邋＼｛卜｜邋Ｊ逡逑其中，ｆ是指測(cè)量得到的經(jīng)驗(yàn)值，ａ：是指玻爾茲曼常數(shù)，ｒ是指絕對(duì)溫度，逡逑２是指振蕩器諧振回路的品質(zhì)因數(shù)，是指信號(hào)功率，％是指振蕩器振蕩頻率，逡逑Ａ＜ｙ是指頻率偏移量
【學(xué)位授予單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN752

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 郭新軍;;國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展路線圖(ITRS)2012版綜述(1)[J];中國(guó)集成電路;2013年11期

2 潘姚華;黃煜梅;洪志良;;一個(gè)6GHz寬帶低相位噪聲CMOS LC VCO[J];固體電子學(xué)研究與進(jìn)展;2011年05期

3 王云峰;葉青;滿家漢;葉甜春;;寬帶低相噪CMOS LC VCO的設(shè)計(jì)[J];固體電子學(xué)研究與進(jìn)展;2009年04期

本文編號(hào)：2706520