学校代码：10246 学号：052052012 復大婴 硕士学位论文 宽带电感电容压控振荡器的研究与设计 院 系： 微电子研究院 专 业： 微电子学与固体电子学 姓 名：袁路 指导教师： 唐长文副教授 完成日期：2008年6月03日
学校代码： 10246 学 号： 052052012 硕 士 学 位 论 文 宽带电感电容压控振荡器的研究与设计 院 系： 微电子研究院 专 业： 微电子学与固体电子学 姓 名： 袁 路 指 导 教 师： 唐长文 副教授 完 成 日 期： 2008 年 6 月 03 日
目录 目录… 摘要。 Abstract..... IV 第一章概述 1.1研究背景 、.7 1.2压控振荡器 3 1.3论文主要工作和贡献 A 1.4论文组织结构 4 参考文献 5 第二章电感电容压控振荡器 6 2.1基本结构 6 2.2性能参数 2.2.1频率覆盖范围 2.2.2振荡幅度 1 2.2.3相位噪声 d 2.2.4调谐增益 10 参考文献 12 第三章宽带压控振荡器的设计与优化 13 3.1片上电感的优化 13 3.2功耗的优化 14 3.3相位噪声的优化 17 3.4频率范围对调谐增益的影响 18 参考文献 19 第四章调谐增益的优化 21 4.1降低调谐增益的方法. 21 4.2调谐增益随频率的变化 25 4.3采用开关可变电容阵列的宽带压控振荡器 27 4.4其它稳定调谐增益的技术 30 4.4.1控制电感感值的变化 30 4.4.2改变电容-电压特性曲线， 31 4.4.3数字信号反馈 33 参考文献 34
I 目录 目录....................................................................................................................I 摘要..................................................................................................................III Abstract............................................................................................................IV 第一章 概述 ......................................................................................................1 1.1 研究背景 ..............................................................................................1 1.2 压控振荡器...........................................................................................3 1.3 论文主要工作和贡献.............................................................................4 1.4 论文组织结构 .......................................................................................4 参考文献 .....................................................................................................5 第二章 电感电容压控振荡器 .............................................................................6 2.1 基本结构 ..............................................................................................6 2.2 性能参数 ..............................................................................................7 2.2.1 频率覆盖范围..............................................................................7 2.2.2 振荡幅度 .....................................................................................7 2.2.3 相位噪声 .....................................................................................8 2.2.4 调谐增益 ...................................................................................10 参考文献 ...................................................................................................12 第三章 宽带压控振荡器的设计与优化.............................................................13 3.1 片上电感的优化..................................................................................13 3.2 功耗的优化.........................................................................................14 3.3 相位噪声的优化..................................................................................17 3.4 频率范围对调谐增益的影响................................................................18 参考文献 ...................................................................................................19 第四章 调谐增益的优化 ..................................................................................21 4.1 降低调谐增益的方法...........................................................................21 4.2 调谐增益随频率的变化.......................................................................25 4.3 采用开关可变电容阵列的宽带压控振荡器 ..........................................27 4.4 其它稳定调谐增益的技术 ...................................................................30 4.4.1 控制电感感值的变化 .................................................................30 4.4.2 改变电容-电压特性曲线.............................................................31 4.4.3 数字信号反馈............................................................................33 参考文献 ...................................................................................................34
第五章低调谐增益变化的宽带振荡器设计 36 5.1振荡器基本结构 36 5.2片上电感 37 5.3开关可变电容阵列 38 5.4开关电容阵列 39 5.5电平移位电路 41 5.6二次谐波谐振 45 参考文献 45 第六章芯片实现与测试 47 6.1采用开关可变电容阵列的宽带压控振荡器 47 6.1.1芯片实现 47 6.1.2测试方案 51 6.1.3测试结果 51 6.2应用于电视调谐器的宽带压控振荡器 54 6.2.1芯片实现 54 6.2.2仿真与测试结果 54 6.3测试结果小结 56 参考文献 57 第七章总结与未来展望 58 7.1论文总结 58 7.2未来展望 58 致谢. 59
II 第五章 低调谐增益变化的宽带振荡器设计......................................................36 5.1 振荡器基本结构..................................................................................36 5.2 片上电感 ............................................................................................37 5.3 开关可变电容阵列 ..............................................................................38 5.4 开关电容阵列 .....................................................................................39 5.5 电平移位电路 .....................................................................................41 5.6 二次谐波谐振 .....................................................................................45 参考文献 ...................................................................................................45 第六章 芯片实现与测试 ..................................................................................47 6.1 采用开关可变电容阵列的宽带压控振荡器 ..........................................47 6.1.1 芯片实现 ...................................................................................47 6.1.2 测试方案 ...................................................................................51 6.1.3 测试结果 ...................................................................................51 6.2 应用于电视调谐器的宽带压控振荡器..................................................54 6.2.1 芯片实现 ...................................................................................54 6.2.2 仿真与测试结果.........................................................................54 6.3 测试结果小结 .....................................................................................56 参考文献 ...................................................................................................57 第七章 总结与未来展望 ..................................................................................58 7.1 论文总结 ............................................................................................58 7.2 未来展望 ............................................................................................58 致谢.................................................................................................................59
摘要 无线通信技术和CMOS工艺的迅速发展使得越来越多的单片集成射频系统 成为可能，而应用于数字高清电视的射频电视调谐器正是其中之一。同时，适逢 全世界数字电视产业的飞速发展，电视调谐器系统的单片集成技术更是得到了广 泛的关注和深入的研究。 压控振荡器作为频率综合器的关键组成部分，对锁相环的频率覆盖范围、相 位噪声、功耗等重要性能都有直接影响，是电视调谐器系统的重要模块。本文研 究了电感电容压控振荡器的电路理论与实现方法，并进一步针对调谐增益性能的 优化设计了应用于数字电视调谐器的宽带压控振荡器。 首先，从电视调谐器系统架构得出宽带压控振荡器的性能指标要求，初步分 析了电路设计的难点。接着，对基本的电感电容压控振荡器进行分析，研究了振 荡器的基本结构和工作原理。在此基础上，介绍了压控振荡器的主要性能指标如 频率范围、相位噪声、调谐增益的理论分析，为压控振荡器的分析和设计提供了 初步的理论基础。 其次，研究了宽带压控振荡器的设计与优化。从介绍宽频率范围对压控振荡 器性能的影响入手，进而分析了宽带压控振荡器设计中针对各性能指标的优化方 法。在此基础上，着重对调谐增益性能与频率的关系进行了分析，并对目前已有 的优化调谐增益方法作了总结。 随后，作为本文的工作重点，设计了应用于数字电视调谐器的宽带压控振荡 器。提出了一种采用开关可变电容阵列稳定调谐增益的宽带压控振荡器的设计方 法。该电路在利用开关固定电容阵列降低调谐增益的同时，还采用了开关可变电 容阵列来调整等效可变电容的大小，以达到稳定调谐增益的目的： 最后，通过两次流片测试验证了电路的基本理论和设计方法的正确性。文中 详细介绍了芯片版图设计、测试等环节需要考虑的细节问题。总结了该电路的优 缺点和设计极限，并与其他设计进行了比较。测试结果显示芯片各项指标己经基 本满足了电视调谐器的系统要求。 关键词：宽带压控振荡器，调谐增益，电视调谐器，片上电感， 中图分类号：TN4 I
III 摘要 无线通信技术和CMOS工艺的迅速发展使得越来越多的单片集成射频系统 成为可能，而应用于数字高清电视的射频电视调谐器正是其中之一。同时，适逢 全世界数字电视产业的飞速发展，电视调谐器系统的单片集成技术更是得到了广 泛的关注和深入的研究。 压控振荡器作为频率综合器的关键组成部分，对锁相环的频率覆盖范围、相 位噪声、功耗等重要性能都有直接影响，是电视调谐器系统的重要模块。本文研 究了电感电容压控振荡器的电路理论与实现方法，并进一步针对调谐增益性能的 优化设计了应用于数字电视调谐器的宽带压控振荡器。 首先，从电视调谐器系统架构得出宽带压控振荡器的性能指标要求，初步分 析了电路设计的难点。接着，对基本的电感电容压控振荡器进行分析，研究了振 荡器的基本结构和工作原理。在此基础上，介绍了压控振荡器的主要性能指标如 频率范围、相位噪声、调谐增益的理论分析，为压控振荡器的分析和设计提供了 初步的理论基础。 其次，研究了宽带压控振荡器的设计与优化。从介绍宽频率范围对压控振荡 器性能的影响入手，进而分析了宽带压控振荡器设计中针对各性能指标的优化方 法。在此基础上，着重对调谐增益性能与频率的关系进行了分析，并对目前已有 的优化调谐增益方法作了总结。 随后，作为本文的工作重点，设计了应用于数字电视调谐器的宽带压控振荡 器。提出了一种采用开关可变电容阵列稳定调谐增益的宽带压控振荡器的设计方 法。该电路在利用开关固定电容阵列降低调谐增益的同时，还采用了开关可变电 容阵列来调整等效可变电容的大小，以达到稳定调谐增益的目的。 最后，通过两次流片测试验证了电路的基本理论和设计方法的正确性。文中 详细介绍了芯片版图设计、测试等环节需要考虑的细节问题。总结了该电路的优 缺点和设计极限，并与其他设计进行了比较。测试结果显示芯片各项指标已经基 本满足了电视调谐器的系统要求。 关键词：宽带压控振荡器，调谐增益，电视调谐器，片上电感， 中图分类号：TN4
Abstract The rapidly progress on wireless-communication and CMOS technology makes more and more radio frequency (RF)systems integrated in a System-On-a-Chip(SOC)to be possible.One of them is the RF TV tuner for digital High-Definition Television (HDTV).With the development of digital TV industry,the TV tuner system has gained widely attention and deeply research. As an important part of the frequency synthesizer,Voltage-Controlled Oscillator (VCO)is one of the critical circuits in TV tuner system.This work focuses on the wideband LC VCO design for TV tuner application,including circuit theory analysis,chip implement and measurement. Firstly,a double-conversion low-IF TV tuner system architecture is presented,from which the wideband VCO specification is derived.And the base LC-VCO architecture is researched,theory analysis of the power,phase noise and tuning gain are presented in detailed. Secondly,the wideband VCO design and optimize methodology is presented.Based on the theory analysis,a relationship between the wide frequency range and tuning gain is researched. The design of fully-differential wideband VCO with stable tuning gain is the principal part of this paper.A switched varactor array in a single-inductor VCO is proposed to suppress the tuning gain (KVCO)fluctuation.By choosing the unit varactor of the array carefully,the KVCO variation can be significantly reduced Finally,the chip design and measurement results are presented.The chip achieves good performance in the required frequency band,and can be satisfy the TV tuner application. Key Words:Wide-Band LC Voltage-Controlled Oscillator,Tuning Gain,TV tuner,on-chip inductor N
IV Abstract The rapidly progress on wireless-communication and CMOS technology makes more and more radio frequency (RF) systems integrated in a System-On-a-Chip (SOC) to be possible. One of them is the RF TV tuner for digital High-Definition Television (HDTV). With the development of digital TV industry, the TV tuner system has gained widely attention and deeply research. As an important part of the frequency synthesizer, Voltage-Controlled Oscillator (VCO) is one of the critical circuits in TV tuner system. This work focuses on the wideband LC VCO design for TV tuner application, including circuit theory analysis, chip implement and measurement. Firstly, a double-conversion low-IF TV tuner system architecture is presented, from which the wideband VCO specification is derived. And the base LC-VCO architecture is researched, theory analysis of the power, phase noise and tuning gain are presented in detailed. Secondly, the wideband VCO design and optimize methodology is presented. Based on the theory analysis, a relationship between the wide frequency range and tuning gain is researched. The design of fully-differential wideband VCO with stable tuning gain is the principal part of this paper. A switched varactor array in a single-inductor VCO is proposed to suppress the tuning gain (KVCO) fluctuation. By choosing the unit varactor of the array carefully, the KVCO variation can be significantly reduced. Finally, the chip design and measurement results are presented. The chip achieves good performance in the required frequency band, and can be satisfy the TV tuner application. Key Words: Wide-Band LC Voltage-Controlled Oscillator, Tuning Gain, TV tuner, on-chip inductor
第一章概述 第一章概述 1.1研究背景 随着信息通信和集成电路技术的不断进步，各种基于CMOS集成电路工艺的 有线/无线收发系统都得到了迅猛的发展。技术的不断革新使得一些传统的射频收 发系统逐渐被淘汰，如电报、传呼机等：另外一些在不断的改进和完善，如手机， 无线局域网等：而更多的新兴技术和领域正蓄势待发，将对各种传统模式和人们 的日常生活带来巨大的变革。这些新兴领域包括射频识别(RFD),超宽带网 (UWB),数字高清电视等。 数字高清电视是新兴产业。相对于传统的模拟电视，数字电视具有画面清晰 度高，抗干扰能力强，频谱利用率高等优点，因此得到了世界各国的广泛关注。 从1996年法国在全世界首先试播数字电视以来，各国均积极的制定了自己的发 展战略，到2006年美国已经全部实现了电视信号的数字化传送，淘汰了传统的模 拟电视。而中国国家广播电视局也制定了我国数字电视发展三步走的规划1]： 2005年，卫星传输、有线电视网和各省电视台全部实现数字化：2010年，广播 影视节目制作、播出及传输实现数字化，数字电视接收机得到普及：2015年， 全面实现电视信号数字化，停止模拟电视的播出。 相应的，世界各国和地区都指定了自己的数字电视编解码与传输标准2]。北 美采用的是ATSC(Advanced Television Systems Committee)标准，欧洲大部分 国家采用DVB-T(Digital Video Broadcasting-Terrestrial)标准，日本采用单独的 ISDB-T(Integrated Services Digital Broadcasting-Terrestria)标准，中国也于 2oo6年推出了自己的DMB-T/H(Terrestrial Digital Multimedia/Television Broadcasting,地面数字多媒体/电视广播)标准3]。全球数字电视产业链正在全 球市场的高涨需求下全面铺开。数字电视调谐器作为数字电视中的关键模块，也 便成了当前的研究热点而被广泛关注。 图1.1是采用了两次变频架构的低中频射频数字电视调谐器的结构[4,5]，大 致可分为三部分：射频前端、模拟前端和数字基带部分。天线接收到的高频信号 通过射频前端后转变成所需要的低中频正交信号，再送入模拟前端进行处理。 调谐器的射频前端主要包括低噪声放大器(LNA,Low-Noise Amplifier)),上变 频混频器(Up-Mixer),下变频混频器(Down-Mixer),压控振荡器VCO,Voltage- Controlled Oscillator),频率综合器(Frequency Synthesizer,或称锁相环PLL)等 模块。天线接收到的宽带射频信号经片外滤波后首先通过一个可变增益LNA放 大，然后通过上变频和下变频两次变频后得到正交中频信号引和Q输出，两个本 振信号均由片上PLL环路产生
第一章 概述 1 第一章 概述 1.1 研究背景 随着信息通信和集成电路技术的不断进步，各种基于CMOS集成电路工艺的 有线/无线收发系统都得到了迅猛的发展。技术的不断革新使得一些传统的射频收 发系统逐渐被淘汰，如电报、传呼机等；另外一些在不断的改进和完善，如手机， 无线局域网等；而更多的新兴技术和领域正蓄势待发，将对各种传统模式和人们 的日常生活带来巨大的变革。这些新兴领域包括射频识别(RFID)，超宽带网络 (UWB)，数字高清电视等。 数字高清电视是新兴产业。相对于传统的模拟电视，数字电视具有画面清晰 度高，抗干扰能力强，频谱利用率高等优点，因此得到了世界各国的广泛关注。 从1996 年法国在全世界首先试播数字电视以来，各国均积极的制定了自己的发 展战略，到2006年美国已经全部实现了电视信号的数字化传送，淘汰了传统的模 拟电视。而中国国家广播电视局也制定了我国数字电视发展三步走的规划[1]： 2005 年，卫星传输、有线电视网和各省电视台全部实现数字化；2010 年，广播 影视节目制作、播出及传输实现数字化，数字电视接收机得到普及；2015 年， 全面实现电视信号数字化，停止模拟电视的播出。 相应的，世界各国和地区都指定了自己的数字电视编解码与传输标准[2]。北 美采用的是ATSC(Advanced Television Systems Committee)标准，欧洲大部分 国家采用DVB-T(Digital Video Broadcasting-Terrestrial) 标准， 日本采用单独的 ISDB-T(Integrated Services Digital Broadcasting-Terrestrial)标准，中国也于 2006 年推出了自己的 DMB-T/H(Terrestrial Digital Multimedia/Television Broadcasting，地面数字多媒体/电视广播)标准[3]。全球数字电视产业链正在全 球市场的高涨需求下全面铺开。数字电视调谐器作为数字电视中的关键模块，也 便成了当前的研究热点而被广泛关注。 图1.1是采用了两次变频架构的低中频射频数字电视调谐器的结构 [4, 5]，大 致可分为三部分：射频前端、模拟前端和数字基带部分。天线接收到的高频信号 通过射频前端后转变成所需要的低中频正交信号，再送入模拟前端进行处理。 调谐器的射频前端主要包括低噪声放大器(LNA, Low-Noise Amplifier)，上变 频混频器(Up-Mixer)，下变频混频器(Down-Mixer)，压控振荡器 (VCO, VoltageControlled Oscillator)，频率综合器(Frequency Synthesizer，或称锁相环PLL)等 模块。天线接收到的宽带射频信号经片外滤波后首先通过一个可变增益LNA 放 大，然后通过上变频和下变频两次变频后得到正交中频信号I 和Q 输出，两个本 振信号均由片上PLL环路产生
第一章概述 在DVB-T的数字电视标准中，天线接收到的射频信号频率在50MHz到 860MHz之间，信道宽度为6/7/8MHz,而模拟前端输入信号的中频频率为 7.2MHz。根据实际应用和系统仿真，可得到射频电视调谐系统的性能指标要求如 表1.1所示4,6]。 RF Frontend Analog Front-end Digital Baseband 750 Complex Mixers VGA D Pre-Filter Anti-Alias UpMixer DnMixer Filter ADC Band Limit VGLNA Filter Second LO Error (Quadrature) Detector First LO PLL ADC Q Pre-Filter Ant-Allas VGA Filter CMOS RF DTV Tuner for DVB-TIC System 图1.1数字电视调谐器系统结构图 表1.1射频电视调谐器性能要求 频率范围 50MHz-860MHz 信道带宽 6/7/8MHz 最大增益 80dB 噪声系数NF(@最大增益) <8dB 灵敏度 -85dBm 三阶交调量P3 +8.5dBm 二阶交调量P2 +45dBm 信道选择性(8MHz带宽) @5.25MHz偏移 29db @5.75MHz偏移 45dB /Q匹配性 -45dBc 本振相位噪声 1kH-3.8MHz -37dBc LO1@10kHz,@100kHz -86dBc/Hz,-107dBc/Hz LO2@10kHz,@100kHz -92dBc/Hz,-112dBc/Hz 功耗 <180mW@1.8V 芯片面积 <9mm@0.18μm CMOS
第一章 概述 2 在 DVB-T 的数字电视标准中，天线接收到的射频信号频率在 50MHz 到 860MHz 之间，信道宽度为 6/7/8MHz，而模拟前端输入信号的中频频率为 7.2MHz。根据实际应用和系统仿真，可得到射频电视调谐系统的性能指标要求如 表 1.1 所示[4, 6]。 图 1.1 数字电视调谐器系统结构图 表1.1 射频电视调谐器性能要求 频率范围 50MHz-860MHz 信道带宽 6/7/8MHz 最大增益 80dB 噪声系数NF(@最大增益) <8dB 灵敏度 -85dBm 三阶交调量 IIP3 +8.5dBm 二阶交调量 IIP2 +45dBm 信道选择性(8MHz带宽) @ 5.25MHz 偏移 @ 5.75MHz 偏移 29db 45dB I/Q 匹配性 -45dBc 本振相位噪声 1kH-3.8MHz LO1@10kHz, @100kHz LO2@10kHz, @100kHz -37dBc -86dBc/Hz, -107dBc/Hz -92dBc/Hz, -112dBc/Hz 功耗 <180mW@1.8V 芯片面积 <9mm2 @ 0.18μm CMOS
第一章概述 1.2压控振荡器 压控振荡器一般与其他模块如电荷泵和分频器一起组成频率综合器，能够提 供频率准确，低相位噪声的本振信号，其中压控振荡器的输出即为频率综合器的 输出，因此对于射频接收机系统，压控振荡器是系统中最为关键的模块之一。压 控振荡器的重要性主要体现在以下几个方面： 一、压控振荡器的输出频率范围就是频率综合器的输出频率范围，直接决 定接收机的工作频段。 二、压控振荡器的功耗在频率综合器中占大部分比重。 三、压控振荡器的相位噪声性能影响频率综合器的噪声性能。特别是在远 频偏端，频率综合器的相位噪声直接由压控振荡器决定。 四、压控振荡器的调谐增益直接影响频率综合器的传递函数，影响频率综 合器带宽和相位裕度。 从结构上来说，压控振荡器一般可分为环型振荡器和电感电容振荡器两类。 环形振荡器具有面积小，原理简单的特点，但相位噪声性能相对电感电容振荡器 较差。所以现在射频接收机系统多采用电感电容谐振作为压控振荡器基本结构。 对于图1.1所示的调谐器结构，根据系统性能要求，需要压控振荡器的性能 指标要求见表1.2。可以看出难点主要在于： 1)压控振荡器需要覆盖接近1GHz的频率范围，覆盖范围大于50%。 2)在整个频段上，压控振荡器需要保持相对稳定的低调谐增益(25MHz), 以保证频率综合器的稳定工作。 表1.2VC0性能指标 频率覆盖范围 1150MHz-2000MHz 压控电压方式 差分调谐 压控电压范围 0.9±0.5V 调谐增益 1V 功耗 <1.5V*6mA=9mW
第一章 概述 3 1.2 压控振荡器 压控振荡器一般与其他模块如电荷泵和分频器一起组成频率综合器，能够提 供频率准确，低相位噪声的本振信号，其中压控振荡器的输出即为频率综合器的 输出，因此对于射频接收机系统，压控振荡器是系统中最为关键的模块之一。压 控振荡器的重要性主要体现在以下几个方面： 一、 压控振荡器的输出频率范围就是频率综合器的输出频率范围，直接决 定接收机的工作频段。 二、 压控振荡器的功耗在频率综合器中占大部分比重。 三、 压控振荡器的相位噪声性能影响频率综合器的噪声性能。特别是在远 频偏端，频率综合器的相位噪声直接由压控振荡器决定。 四、 压控振荡器的调谐增益直接影响频率综合器的传递函数，影响频率综 合器带宽和相位裕度。 从结构上来说，压控振荡器一般可分为环型振荡器和电感电容振荡器两类。 环形振荡器具有面积小，原理简单的特点，但相位噪声性能相对电感电容振荡器 较差。所以现在射频接收机系统多采用电感电容谐振作为压控振荡器基本结构。 对于图 1.1 所示的调谐器结构，根据系统性能要求，需要压控振荡器的性能 指标要求见表 1.2。可以看出难点主要在于： 1) 压控振荡器需要覆盖接近 1GHz 的频率范围，覆盖范围大于 50%。 2) 在整个频段上，压控振荡器需要保持相对稳定的低调谐增益(25MHz/V)， 以保证频率综合器的稳定工作。 表 1.2 VCO 性能指标 频率覆盖范围 1150MHz—2000MHz 压控电压方式 差分调谐 压控电压范围 0.9 0.5 ± V 调谐增益 1V 功耗 <1.5V*6mA=9mW
第一章概述 1.3论文主要工作和贡献 论文主要研究用于射频电视调谐器的宽带压控振荡器，其主要工作和贡献包 括： )阐述了电感电容压控振荡器的基本架构和工作原理。 2)研究分析了电路性能与振荡器输出频率的关系。 3)总结了稳定调谐增益的方法，提出基于开关可变电容阵列稳定调谐增益的 方法。为需要稳定调谐增益的宽带压控振荡器设计提供借鉴。 4)设计了应用于数字电视调谐器的宽带压控振荡器，采用了开关可变电容阵 列和差分调谐电压降低调谐增益，并采用尾电感电容二次谐波谐振结构优化相位 性能。 5)流片测试验证了设计的正确性。 概括而言，本文总结和完善了稳定调谐增益的宽带压控振荡器电路结构，在 此基础上设计出了能够满足电视调谐器中宽带频率综合器要求的具有稳定调谐 增益的宽带压控振荡器。经过流片测试，验证了理论分析和电路设计的正确性。 1.4论文组织结构 本论文针对数字电视调谐器的系统应用，分析了压控振荡器的性能，并设计 出了满足系统性能要求的宽带电感电容压控振荡器。具体组织结构如下： 第二章简要介绍了电感电容压控振荡器的电路结构，噪声理论及调谐增益分 析的基础知识。 第三章先介绍了现有系统对压控振荡器频率覆盖范围的要求，然后详细分析 了频率范围对于压控振荡器电路性能的影响，包括相位噪声，输出幅度和调谐增 益等指标。 第四章进一步介绍了具有稳定调谐增益的宽带电感电容压控振荡器设计。总 结了现有稳定调谐增益的设计方法，并介绍了采用开关可变电容阵列稳定调谐增 益的压控振荡器结构。 第五章介绍了基于开关可变电容阵列的低调谐增益变化的宽带压控振荡器 设计。采用了开关可变电容阵列和差分调谐结构，稳定并降低调谐增益：采用了 尾电感电容二次谐波谐振优化相位噪声，使该设计满足数字电视调谐器的系统应 用。 第六章基于前面的理论分析，设计了一个宽带电感电容压控振荡器，包括实 际电路设计和仿真，版图实现的考虑，芯片测试方案及测试结果。 第七章是对本文的总结，并对未来进一步的工作提出了展望
第一章 概述 4 1.3 论文主要工作和贡献 论文主要研究用于射频电视调谐器的宽带压控振荡器，其主要工作和贡献包 括： 1) 阐述了电感电容压控振荡器的基本架构和工作原理。 2) 研究分析了电路性能与振荡器输出频率的关系。 3) 总结了稳定调谐增益的方法，提出基于开关可变电容阵列稳定调谐增益的 方法。为需要稳定调谐增益的宽带压控振荡器设计提供借鉴。 4) 设计了应用于数字电视调谐器的宽带压控振荡器，采用了开关可变电容阵 列和差分调谐电压降低调谐增益，并采用尾电感电容二次谐波谐振结构优化相位 性能。 5) 流片测试验证了设计的正确性。 概括而言，本文总结和完善了稳定调谐增益的宽带压控振荡器电路结构，在 此基础上设计出了能够满足电视调谐器中宽带频率综合器要求的具有稳定调谐 增益的宽带压控振荡器。经过流片测试，验证了理论分析和电路设计的正确性。 1.4 论文组织结构 本论文针对数字电视调谐器的系统应用，分析了压控振荡器的性能，并设计 出了满足系统性能要求的宽带电感电容压控振荡器。具体组织结构如下： 第二章简要介绍了电感电容压控振荡器的电路结构，噪声理论及调谐增益分 析的基础知识。 第三章先介绍了现有系统对压控振荡器频率覆盖范围的要求，然后详细分析 了频率范围对于压控振荡器电路性能的影响，包括相位噪声，输出幅度和调谐增 益等指标。 第四章进一步介绍了具有稳定调谐增益的宽带电感电容压控振荡器设计。总 结了现有稳定调谐增益的设计方法，并介绍了采用开关可变电容阵列稳定调谐增 益的压控振荡器结构。 第五章介绍了基于开关可变电容阵列的低调谐增益变化的宽带压控振荡器 设计。采用了开关可变电容阵列和差分调谐结构，稳定并降低调谐增益；采用了 尾电感电容二次谐波谐振优化相位噪声，使该设计满足数字电视调谐器的系统应 用。 第六章基于前面的理论分析，设计了一个宽带电感电容压控振荡器，包括实 际电路设计和仿真，版图实现的考虑，芯片测试方案及测试结果。 第七章是对本文的总结，并对未来进一步的工作提出了展望
第一章概述 参考文献 [1]新华网，“数字电视三步走2015年停止模拟电视播出”， http://news.xinhuanet.com. [2]周致远，“陆地数位电视广播系统调谐器射频模组之研制”，硕士学位论文，台 湾国立中山大学，2004。 [3]北京凌讯华业科技有限公式，清华大学，“DMB-TH地面数字电视传输技术白 皮书”，第二版，http:lw.eetchina.com. [4]M.Dawkins,A.P.Burdett,and N.Cowley,"A Single-Chip Tuner for DVB-T,"IEEE J.Solid-State Circuits,vol.38,pp.1307-1317,Aug.2003. [5]D.Saias,et al.,"A 0.12um CMOS DVB-T tuner",in Proc.IEEE Int. Solid-State Circuits Conf.2005,pp.430-431. [6]C.Y.Cha,J.K.Choi,H.S.Kwon,and S.G.Lee,"Radio specifications of double conversion tuner for cable modem",IEEE Trans.on Consumer Electronics,Vol.49,pp.1272-1278,Nov.2003
第一章 概述 5 参考文献 [1] 新华网，“数字电视三步走 2015年停止模拟电视播出”， http://news.xinhuanet.com. [2] 周致远，“陆地数位电视广播系统调谐器射频模组之研制”，硕士学位论文，台 湾国立中山大学，2004. [3] 北京凌讯华业科技有限公式，清华大学，“DMB-TH地面数字电视传输技术白 皮书”, 第二版，http://www.eetchina.com. [4] M. Dawkins, A. P. Burdett, and N. Cowley, "A Single-Chip Tuner for DVB-T," IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 38, pp. 1307-1317, Aug. 2003. [5] D. Saias, et al., "A 0.12μm CMOS DVB-T tuner", in Proc. IEEE Int. Solid-State Circuits Conf. 2005, pp. 430-431. [6] C. Y. Cha, J. K. Choi, H.S. Kwon, and S. G. Lee, "Radio specifications of double conversion tuner for cable modem", IEEE Trans. on Consumer Electronics, Vol. 49, pp. 1272-1278, Nov. 2003
