CMOS集成射頻接收機系統(tǒng)中振蕩器電路的研究與設(shè)計.pdf

1、隨著科技的進步和人類生活水平的逐漸提高，人們對無線通信的需求愈來愈廣泛。在市場推動下，無線通信技術(shù)得到了迅猛發(fā)展，對無線通信系統(tǒng)包括發(fā)射機和接收機的研究如火如荼。本文主要研究作為射頻無線通信接收機心臟的振蕩器相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)。
　　CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)集成電路是由PMOS(P-typeMOS)管和NMOS(N-type MOS)管共同構(gòu)成的互補型MOS集成電路，具有

2、低成本，高集成度，低功耗等許多優(yōu)點。隨著開發(fā)技術(shù)的日趨成熟、特征頻率的大幅提高以及生產(chǎn)成本的日趨降低，采用CMOS工藝設(shè)計集成射頻接收機芯片已經(jīng)成為最符合射頻接收機技術(shù)的高性能，低功耗，高集成度的要求的主流發(fā)展方向。本文研究的各種振蕩器均以CMOS工藝為基礎(chǔ)進行設(shè)計。
　　在各種構(gòu)架的射頻接收機中，都不可避免地需要采用各種結(jié)構(gòu)的振蕩器產(chǎn)生振蕩信號提供給接收機進行信號處理。在CMOS集成射頻接收機系統(tǒng)中，振蕩器輸出信號的功率、相位噪

3、聲和頻譜純度等性能對射頻接收機的靈敏度有決定性的影響。因此CMOS集成射頻接收機中，振蕩器是一個至關(guān)重要的模塊，圍繞它的設(shè)計是一個非常重要的課題。
　　本論文圍繞著CMOS集成射頻接收機系統(tǒng)中所應(yīng)用的CMOS振蕩器展開研究。在對CMOS振蕩器理論分析的基礎(chǔ)上，討論了它的分類和重要性能指標。分析了振蕩器的性能尤其是相位噪聲指標對其所在的頻率綜合器等系統(tǒng)的影響。在不同的射頻接收機系統(tǒng)中，結(jié)合具體應(yīng)用，分別討論了不同類型的振蕩器的設(shè)計原

4、理和采用的相應(yīng)結(jié)構(gòu)。根據(jù)接收機系統(tǒng)對振蕩器的功能和性能側(cè)重的不同，本論文設(shè)計方面的內(nèi)容主要包括:
　　(1)實現(xiàn)了應(yīng)用于超外差接收機芯片的環(huán)形壓控振蕩器;
　　(2)設(shè)計和實現(xiàn)了應(yīng)用于2.45GHz ISM(Industrial Scientific Medical)頻段接收機的低功耗LC VCO(Voltage Controlled Oscillator);
　　(3)設(shè)計了高相位噪聲性能的應(yīng)用于UHF RFID讀卡

5、器芯片的LC VCO;
　　(4)設(shè)計了應(yīng)用于DRM接收機的寬帶LC VCO;
　　(5)設(shè)計和實現(xiàn)了2.45GHz ISM頻段接收機中的皮爾斯晶體振蕩器;
　　(6)設(shè)計和實現(xiàn)了為DRM(Digital Radio Mondiale)接收機系統(tǒng)的第二級混頻提供固定頻率本地振蕩信號的差分皮爾斯晶體振蕩器;
　　(7)在超再生接收機芯片內(nèi)設(shè)計了受輸入RF(Radio Frequency)信號激勵和熄滅控制信號進行熄

6、滅的超再生振蕩器。
　　基于上述的具體的設(shè)計，結(jié)合仿真和測試的結(jié)果，本論文給出了不同類型的CMOS振蕩器的一致性的和區(qū)別性的設(shè)計方法和電路結(jié)構(gòu)。
　　本論文的創(chuàng)新點主要包括:
　　(1)在環(huán)形壓控振蕩器的設(shè)計中，采用結(jié)合了負載控制和電流控制的源極耦合結(jié)構(gòu)，有效地提高了輸出的最大頻率，并可以提高輸出振蕩信號上升沿和下降沿波形的對稱性;
　　(2)在LC VCO的設(shè)計中，采用了互補偏置的可變電容單元結(jié)構(gòu)以提高壓控調(diào)諧