基于802．11a標準的5 GHz振蕩器設計

0 引言
隨著(zhù)寬帶無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的不斷發(fā)展和市場(chǎng)的不斷擴大，802．11a標準的5 GHz無(wú)線(xiàn)射頻頻段以其數據傳輸速率快、信號質(zhì)量好、干擾小等優(yōu)點(diǎn)得到了越來(lái)越廣泛的推廣；隨著(zhù)CMOS工藝的進(jìn)步．使其生產(chǎn)出的高集成度、低價(jià)、低功耗射頻芯片比砷化鎵工藝或雙極性硅工藝的芯片具有明顯的性?xún)r(jià)比優(yōu)勢，而壓控振蕩器(VCO)是射頻通信系統中非常重要的組成元件之一。它主要應用于鎖相環(huán)路和頻率合成器中來(lái)實(shí)現精確的參考頻率，對通信系統的性能至關(guān)重要。本文用先進(jìn)的0．18μm CMOS工藝設計了一個(gè)工作在802．11a標準的振蕩器。

l 振蕩器原理
振蕩器是把直流電流轉換為周期變化的電壓信號的電路，主要分為環(huán)形振蕩器和電感電容振蕩器。環(huán)形振蕩器有較大的協(xié)調范圍，易于集成而且占用面積小，但是環(huán)形振蕩器的工作頻率較低，且相位噪聲差，影響了它在射頻領(lǐng)域的應用。因為本文所要設計的振蕩器頻率要達到802．11a標準的5 GHz頻段，已經(jīng)達到射頻級別，所以本文采用電感電容振蕩器。
1．1 LC振蕩器基本原理
最基本的LC振蕩器由三部分組成，電感變容管、電感和補償無(wú)源器件損耗的負阻，結構如圖1所示。

如果忽略振蕩電路的晶體管寄生電容對振蕩頻率的影響，那么LC振蕩器的頻率表達式為：

根據公式(1)，改變LC就可以改變振蕩器的頻率。
1．2 平面螺旋電感
由(1)式可以看出，在射頻電路里，電感是最重要的參數。選用高Q值電感可以降低損耗，使振蕩器在較小的跨導也可起振，這樣就降低了起振的門(mén)檻。另外高Q值電感可以降低振蕩器的相位噪聲。在CMOS工藝中有兩種電感可以選擇，一種是鍵合線(xiàn)電感，另外一種是平面螺旋電感。由于圖形對稱(chēng)良好的電感可以減少寄生電阻和寄生電容，減小電感消耗的能量，可以提供高Q值，因此本設計采用的是平面螺旋電感。
1．3 變容二極管的選取
CMOS工藝中可以制作兩類(lèi)類(lèi)型的變容管：變容二極管(JV)和MOS變容二極管。下面分別介紹之。
1．3．1 變容二極管(JV)
變容二極管等效電路如圖2所示。

其中Rc代表二極管的串聯(lián)電阻，它主要是由于N阱材料的電阻率很高而形成的。另外N阱與襯底呈現相當大的電容，用Cn表示。在實(shí)際制作過(guò)程中可以用N+阱環(huán)繞P+阱，那樣會(huì )使流經(jīng)電容的電流有四個(gè)方向而得到較低的串聯(lián)電阻值。反偏二極管的電容和電壓的關(guān)系可用下式表示：