摘要 摘要 近几年无线通信系统的蓬勃发展推动了低成本、低功耗CMOS无线收发机的研究与开 发。同时CMOS工艺技术的不断进步，使得无线收发机系统中大部分单元电路，如低噪声 放大器(LNA)、混频器(Mixer).、本机振荡器Local Oscillator)以及中频滤波器(F Filter)等都 能够单片实现。无源器件（片上电感和可变电容）的片上实现问题的解决，使得本机振荡器的 单片集成成为可能。 本论文系统论述了电感电容压控振荡器的理论和实现，并且深入浅出地研究了压控振荡 器设计中的许多关键技术。 首先，本文简单介绍了压控振荡器的基本原理和振荡器的分类，对窄频带，宽频带，正 交输出电感电容压控振荡器的电路实现方式进行了系统总结。 我们研究了硅基集成螺旋电感的仿真，设计与优化。系统总结了电感仿真的三种方法： 提出了电感中金属间寄生电容等效模型，并且具体计算了两种硅基串联叠层电感的等效电 容：提出了两种提高电感品质因数的技术：金属线多通路并联和深阱反偏双PN结。 其次，针对压控振荡器的频率一电压压控曲线分析问题，从时间域角度，本论文对电感 电容谐振电路的周期计算方法在理论上进行了系统推导，阐述了阶跃可变电容能够进行频率 控制的本质，得到了一种计算频率一电压压控曲线的有效方法。仿真和测试验证结果表明该 方法计算的压控曲线与仿真和测试结果非常吻合。 接着，我们对三种相位噪声模型：线性时不变模型，非线性时不变模型和线性相位时变 模型，进行了系统分析和概括。我们详细分析了振荡器的内在振荡机制，总结了振荡器设计 和优化的一般步骤，提出了振荡器设计中片上电感的最小R/L设计原则。从线性时不变噪 声模型出发，计算了压控振荡器相位噪声的极限值，并系统总结了几种相位噪声降低技术， 提出了感性压控端降噪技术。 最后，根据数字电视调谐器中频率综合器的性能指标要求，详细论述了在CSM0.35um CMOS射频/混合信号工艺上的两个电感电容压控振荡器的实现。 关键字：电感电容压控振荡器，片上螺旋电感，可变电容，电视调谐器，频率综合器，相位 噪声 电感电容压控振荡器 1摘要 电感电容压控振荡器 I 摘要 近几年无线通信系统的蓬勃发展推动了低成本、低功耗 CMOS 无线收发机的研究与开 发。同时 CMOS 工艺技术的不断进步，使得无线收发机系统中大部分单元电路，如低噪声 放大器(LNA)、混频器（Mixer）、本机振荡器(Local Oscillator)以及中频滤波器(IF Filter)等都 能够单片实现。无源器件(片上电感和可变电容)的片上实现问题的解决，使得本机振荡器的 单片集成成为可能。 本论文系统论述了电感电容压控振荡器的理论和实现，并且深入浅出地研究了压控振荡 器设计中的许多关键技术。 首先，本文简单介绍了压控振荡器的基本原理和振荡器的分类，对窄频带，宽频带，正 交输出电感电容压控振荡器的电路实现方式进行了系统总结。 我们研究了硅基集成螺旋电感的仿真，设计与优化。系统总结了电感仿真的三种方法； 提出了电感中金属间寄生电容等效模型，并且具体计算了两种硅基串联叠层电感的等效电 容；提出了两种提高电感品质因数的技术：金属线多通路并联和深阱反偏双 PN 结。 其次，针对压控振荡器的频率－电压压控曲线分析问题，从时间域角度，本论文对电感 电容谐振电路的周期计算方法在理论上进行了系统推导，阐述了阶跃可变电容能够进行频率 控制的本质，得到了一种计算频率－电压压控曲线的有效方法。仿真和测试验证结果表明该 方法计算的压控曲线与仿真和测试结果非常吻合。 接着，我们对三种相位噪声模型：线性时不变模型，非线性时不变模型和线性相位时变 模型，进行了系统分析和概括。我们详细分析了振荡器的内在振荡机制，总结了振荡器设计 和优化的一般步骤，提出了振荡器设计中片上电感的最小 R L s 设计原则。从线性时不变噪 声模型出发，计算了压控振荡器相位噪声的极限值，并系统总结了几种相位噪声降低技术， 提出了感性压控端降噪技术。 最后，根据数字电视调谐器中频率综合器的性能指标要求，详细论述了在 CSM 0.35µm CMOS 射频/混合信号工艺上的两个电感电容压控振荡器的实现。 关键字：电感电容压控振荡器，片上螺旋电感，可变电容，电视调谐器，频率综合器，相位 噪声