基于CMOS工艺的电感电容压控振荡器的研究与设计
发布时间：2022-01-14 11:25
在射频收发机中,振荡器是一个主要的核心模块之一。其主要作用是为收发机系统提供稳定的频率源以及参考时钟。而振荡器的相位噪声性能会影响收发机整体的性能。因此,有关振荡器相位噪声的研究一直是一个主流的研究课题。本文针对学术界以及工业界最常用的传统差分交叉耦合电感电容振荡器的相位噪声与其尾电容的关系进行了讨论。利用脉冲敏感函数推导了尾电容较大情况下振荡器的相位噪声的闭环表达式。并且还通过讨论得到了尾电容不仅可以抑制振荡器中偏置电流源的电流热噪声转换为相位噪声,而且还提高了振荡器的电流效率。在一些无线射频收发机中,需要具有两路相互正交的本振信号。通常可以使用正交振荡器实现这样的正交本振信号。与单一的振荡器相同,正交振荡器的相位噪声仍然在很大程度上影响着整个收发机系统的性能。并且,正交振荡器的相位精度性能也影响着收发机系统的误码率。因此,研究正交振荡器的相位噪声和相位精度性能也是一个研究热点。在本论文中对两种常见的并联耦合LC正交振荡器的相位噪声进行了分析。利用脉冲敏感函数进行分析与计算得到了其中偏置电流源的电流热噪声贡献的相位噪声大小。并且得到了 1/f2区域的相位噪声完整的闭环表达式。论文还对...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：106 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１所示为一个简化的接收机前端结构
?第１章绪论???１．１．２正交振荡器相位精度的研究意义??在有的接收机中，需要一个能够产生两路相位相互正交的本地振荡信号的正??交压控振荡器。例如图１．３所示的低中频接收机就是如此。为了方便分析，我们??首先不妨假定本地正交振荡器的Ｉ、Ｑ两路输出电压信号均为理想的正余弦信号??并且两路信号的幅度和相位均不存在失配，分别记为Ｊｃ〇Ｓ（２Ｔｔ／Ｇ）和ｄｓｉｎ（２Ｔｒ／〇）。由??于信号〇４ｃｏｓ（２Ｔｉ／ｃ））＋＿Ｍｓｉｎ（２Ｔｉ／ｃ）））在频谱上仅有在正频率＋／Ｑ处的成分，所以此时??经过低噪声放大器的信号与本地正交振荡器混频后的信号只是进行简单的频率??搬移，其中的有用信号不会受到千扰信号的干扰。但在实际实现中，由于电路??中存在噪声以及电路结构的失配等问题，这将使得本地正交振荡信号的Ｉ、Ｑ两??个支路存在幅度和相位的不匹配，也就是说此时本地振荡器的频谱不仅具有正频??率＋／〇处的成分，而且还可能存在一定的在负频率－／ｏ处的成分。这时的频域转换??如图１．４所示。从图中可以看到，混频后位于负频率处的有用信号会受到镜像信??号的千扰。由于中频不为零，镜像信号与有用信号位于不同信道内，它们能量的??大小是不可预知的，镜像信号的能量可能会比有用信号高５０？７０?ｄＢ，这样有用??信号会受到镜像信号的极大干扰，影响接收机性能。所以除了相位噪声之外，??正交压控振荡器也需要足够高的相位精度以满足系统性能的需要。??混频器??Ｔ低噪声放大器?ｙ??—１?镜像抑制和最终下??—?＞—?变频??混频器???［―??图１．３低中频接收机的系统结构??３??
?第１章绪论???ｍｉ?ｉｅ频率成分??负频率成分?的功率＾?－??／＂Ｉ?ｔ??＾?＼＾＼?＞??－／〇?０?ｆ〇?／??▼－?兮?Ｊ??Ｔ－?！——令?－？??ｔ?兮?Ｊ??ｆ?▼?Ｘ－Ｘ?ｆ??ｔ下变频后??的功率谱???．??〇?／??图１．４正交振荡器输出的不匹配对接收机的影响??１．２振荡器国内外研究现状??在?ＣＭＯＳ?工艺下，常见的压控振荡器（ｖｏｌｔａｇｅ－ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ?ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ，?ＶＣＯ）??有电感电容压控振荡器（ＬＣ－ＶＣＯ）和环形压控振荡器（Ｒｉｎｇ－ＶＣＯ）两种。ＬＣ??振荡器的特征是存在两个储能元件，一个电感和一个电容的并联组合。并且二者??通常在谐振状态下工作，输出一个周期性振荡的电压信号。环形压控振荡器由一??个Ｎ级反相器级联组成的环路实现。该环路将以２Ｎ倍的反相器延迟为周期产生??振荡。环形振荡器的主要优点是不需要任何无源器件，特别是螺旋电感，使其占??据更小的芯片面积。然而，电感的缺失意味着该环路缺少足够尖锐的噪声滤波机??制，而使得输出信号频谱的相位噪声性能不够优良。因此，环形压控振荡器的相??位噪声性能比ＬＣ压控振荡器差得多。在现代的高性能电子设备中，ＬＣ压控振??荡器得到更广泛的应用。??１．２．１振荡器中相位噪声理论的研究现状??由于振荡器中的各个组成元件都存在一定的噪声，通过一定的噪声转换机制??这些元件中的噪声将会体现到振荡器输出信号的相位噪声上。于是研宄振荡器中??的相位噪声的产生机制是学术界中一个重要的研宄课题。在１９６６年，斯坦福大??学的Ｌｅｅｓｏｎ教授首次对振荡器中的噪声机制做出
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种低相位噪声的正交电感电容压控振荡器的设计[J]. 罗永双,赵唯辰,林福江. 信息技术与网络安全. 2020(05)
本文编号：3588419
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：106 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１所示为一个简化的接收机前端结构
?第１章绪论???１．１．２正交振荡器相位精度的研究意义??在有的接收机中，需要一个能够产生两路相位相互正交的本地振荡信号的正??交压控振荡器。例如图１．３所示的低中频接收机就是如此。为了方便分析，我们??首先不妨假定本地正交振荡器的Ｉ、Ｑ两路输出电压信号均为理想的正余弦信号??并且两路信号的幅度和相位均不存在失配，分别记为Ｊｃ〇Ｓ（２Ｔｔ／Ｇ）和ｄｓｉｎ（２Ｔｒ／〇）。由??于信号〇４ｃｏｓ（２Ｔｉ／ｃ））＋＿Ｍｓｉｎ（２Ｔｉ／ｃ）））在频谱上仅有在正频率＋／Ｑ处的成分，所以此时??经过低噪声放大器的信号与本地正交振荡器混频后的信号只是进行简单的频率??搬移，其中的有用信号不会受到千扰信号的干扰。但在实际实现中，由于电路??中存在噪声以及电路结构的失配等问题，这将使得本地正交振荡信号的Ｉ、Ｑ两??个支路存在幅度和相位的不匹配，也就是说此时本地振荡器的频谱不仅具有正频??率＋／〇处的成分，而且还可能存在一定的在负频率－／ｏ处的成分。这时的频域转换??如图１．４所示。从图中可以看到，混频后位于负频率处的有用信号会受到镜像信??号的千扰。由于中频不为零，镜像信号与有用信号位于不同信道内，它们能量的??大小是不可预知的，镜像信号的能量可能会比有用信号高５０？７０?ｄＢ，这样有用??信号会受到镜像信号的极大干扰，影响接收机性能。所以除了相位噪声之外，??正交压控振荡器也需要足够高的相位精度以满足系统性能的需要。??混频器??Ｔ低噪声放大器?ｙ??—１?镜像抑制和最终下??—?＞—?变频??混频器???［―??图１．３低中频接收机的系统结构??３??
?第１章绪论???ｍｉ?ｉｅ频率成分??负频率成分?的功率＾?－??／＂Ｉ?ｔ??＾?＼＾＼?＞??－／〇?０?ｆ〇?／??▼－?兮?Ｊ??Ｔ－?！——令?－？??ｔ?兮?Ｊ??ｆ?▼?Ｘ－Ｘ?ｆ??ｔ下变频后??的功率谱???．??〇?／??图１．４正交振荡器输出的不匹配对接收机的影响??１．２振荡器国内外研究现状??在?ＣＭＯＳ?工艺下，常见的压控振荡器（ｖｏｌｔａｇｅ－ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ?ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ，?ＶＣＯ）??有电感电容压控振荡器（ＬＣ－ＶＣＯ）和环形压控振荡器（Ｒｉｎｇ－ＶＣＯ）两种。ＬＣ??振荡器的特征是存在两个储能元件，一个电感和一个电容的并联组合。并且二者??通常在谐振状态下工作，输出一个周期性振荡的电压信号。环形压控振荡器由一??个Ｎ级反相器级联组成的环路实现。该环路将以２Ｎ倍的反相器延迟为周期产生??振荡。环形振荡器的主要优点是不需要任何无源器件，特别是螺旋电感，使其占??据更小的芯片面积。然而，电感的缺失意味着该环路缺少足够尖锐的噪声滤波机??制，而使得输出信号频谱的相位噪声性能不够优良。因此，环形压控振荡器的相??位噪声性能比ＬＣ压控振荡器差得多。在现代的高性能电子设备中，ＬＣ压控振??荡器得到更广泛的应用。??１．２．１振荡器中相位噪声理论的研究现状??由于振荡器中的各个组成元件都存在一定的噪声，通过一定的噪声转换机制??这些元件中的噪声将会体现到振荡器输出信号的相位噪声上。于是研宄振荡器中??的相位噪声的产生机制是学术界中一个重要的研宄课题。在１９６６年，斯坦福大??学的Ｌｅｅｓｏｎ教授首次对振荡器中的噪声机制做出
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种低相位噪声的正交电感电容压控振荡器的设计[J]. 罗永双,赵唯辰,林福江. 信息技术与网络安全. 2020(05)
本文编号：3588419
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