基于O.18μm CMOS工藝的寬帶LCVCO設計

通常，通過(guò)開(kāi)關(guān)選通邏輯陣列控制其通斷，開(kāi)關(guān)電容陣列以2權重遞增嘲。振蕩頻率范圍計算公式如下：

其中C為DCCA的單位電容；Cp為寄生電容。當i=1時(shí)，得到，fVCO的最大值；當i=k時(shí)，得到fVCO。的最小值。
寬帶VCO采用NMOS差分耦合結構的原因是由于電子的遷移率較空穴要高2倍～3倍，在相同的跨導情況下NMOS管的寄生電容要比PMOS管小，有利于獲得更大的振蕩范圍。本文的負阻管尺寸設為28 μm／O．21μm，這里適當增加管子的溝道長(cháng)度以減小深亞微米MOS器件的熱電子效應。為了優(yōu)化相位噪聲，設計中使電流偏置在電流限制區與電壓限制區的交界處?？紤]到不同子頻段有合理需要不同的偏置電流及負阻，電路中增加了兩差分耦合管對結六路偏置電流開(kāi)關(guān)。
整個(gè)設計如圖4，電感L的選取必須兼顧振蕩頻率范圍和起振條件以及版圖面積，這里選擇電感值為4．95 nH的片上螺旋電感；CV為積累型MOS容抗管，VO口的加入使得容抗管可以偏置在最佳點(diǎn)。為了減小KVCO的波動(dòng)，這里加入了3個(gè)自控容抗管模塊，控制信號分別為S[3]、S[6]、S[8]，完成在相應子頻段上對KCO。進(jìn)行補償。九對MIM電容(S[O]～S[9])采用電容累加的方法進(jìn)行選擇，實(shí)現子頻段的粗調。即相鄰子頻段之間的轉換通過(guò)增加一個(gè)開(kāi)關(guān)電容或者減少一個(gè)開(kāi)關(guān)電容來(lái)實(shí)現。開(kāi)關(guān)管S[i]的寬長(cháng)比需在接入所導致增加的寄生電容和導通電阻Ron之間折衷，因為保持LC回路的Q值要求減小Ron，而寄生電容則會(huì )減小頻帶的調節范圍。本文開(kāi)關(guān)管的寬長(cháng)比設置為18μm×18 μm MIM電容搭配4．2μm／0．18μm尺寸的開(kāi)關(guān)管。為了在導通時(shí)刻保持一恒定直流電位，這里在開(kāi)關(guān)管漏極接入了一個(gè)寬長(cháng)比為O．4 μm／O．22 μm的MOS管。

4 結論
采用NMOS差分耦合振蕩器結構，設計了一個(gè)1．8 V寬帶LCVCO電路．通過(guò)MIM電容陣列和積累型MOS容抗管自控陣列實(shí)現頻率粗調和細調；通過(guò)尾電流開(kāi)關(guān)陣列優(yōu)化輸出信號幅度和相位噪聲。本文的設計在O．18μm RFCMOS工藝下實(shí)現了較大的頻率覆蓋，電流消耗低至2．1 mA。該VCO能滿(mǎn)足工作在1.1 GHz～2.1 GHz頻率段的多標準無(wú)線(xiàn)系統的應用要求。