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物联网技术正在加速对现代生活方式产生深刻影响。在物联网技术的大潮下，WiFi、蓝牙和Zigbee等基于工业、科学、医疗(Industrial Scientific Medical, ISM)频段的短距通信技术在终端应用场景中发挥着重要作用。相应地，对低压、低功耗、高质量射频收发机的需求也快速增长，同时促进了高性能锁相环(Phase Locked Loop, PLL)和频率综合器的发展。作为PLL的重要组成部分，压控振荡器(Voltage Controlled Oscillator, VCO)提供本振信号，对通信系统整体性能有着重要影响。因此，低功耗、低相噪压控振荡器的研究，具有重要的学术意义和工程实用价值。
论文面向物联网通信的应用，设计了一款适用于ISM频段射频收发机的低功耗压控振荡器。为了减轻片内功放(Power Amplifier, PA)频率牵引的影响，压控振荡器核心电路工作4.8GHz~5GHz处，而后级联正交二分频电路经缓冲放大后输出本振信号。论文在深入研究传统压控振荡器结构和相位噪声机理的基础上，对C类压控振荡器进一步创新，设计了一种双路反馈结构。该结构通过比较压控振荡器输出信号谷值和尾电流源过驱动电压并进行反馈，自适应调整交叉耦合管的耦合电压，实现了动态直流偏置。与传统结构相比，该改进结构进一步提升了晶体管的导通效率，同时降低了功耗和相位噪声，且具有更好的工艺、电压和温度(Process Voltage Temperature, PVT)鲁棒性。为了避免间歇振荡，本文在合理近似后对大信号下电路的稳定性进行了分析，并对分析结果进行了仿真验证,保证了电路的可靠性。同时，本文在传统电流模逻辑(Current Mode Logic, CML)的基础上，改进了传统的高速二分频电路。该电路通过在传统结构中增加少量晶体管，在有效改善上升和下降时间匹配的同时可以降低电路功耗，提升输出摆幅。此外，还完成了基于二分法的自动频率校准(Automatic Frequency Calibration, AFC)电路的设计并在相关平台下进行了验证。
本文设计的压控振荡器原型在TSMC 40nm CMOS工艺下完成了设计和版图后仿真。仿真结果表明，在0.8V电源电压下，本文所设计的压控振荡器能正确产生正交2.4~2.5GHz信号，相位噪声小于-121dBc@1MHz，功耗约1mW。应用该电路设计的锁相环及收发机芯片已进行了初步的流片验证，结果表明电路功能正常，锁相环整体带外噪声为-116dBc@1MHz，满足物联网通信的应用需求。
论文面向物联网通信的应用，设计了一款适用于ISM频段射频收发机的低功耗压控振荡器。为了减轻片内功放(Power Amplifier, PA)频率牵引的影响，压控振荡器核心电路工作4.8GHz~5GHz处，而后级联正交二分频电路经缓冲放大后输出本振信号。论文在深入研究传统压控振荡器结构和相位噪声机理的基础上，对C类压控振荡器进一步创新，设计了一种双路反馈结构。该结构通过比较压控振荡器输出信号谷值和尾电流源过驱动电压并进行反馈，自适应调整交叉耦合管的耦合电压，实现了动态直流偏置。与传统结构相比，该改进结构进一步提升了晶体管的导通效率，同时降低了功耗和相位噪声，且具有更好的工艺、电压和温度(Process Voltage Temperature, PVT)鲁棒性。为了避免间歇振荡，本文在合理近似后对大信号下电路的稳定性进行了分析，并对分析结果进行了仿真验证,保证了电路的可靠性。同时，本文在传统电流模逻辑(Current Mode Logic, CML)的基础上，改进了传统的高速二分频电路。该电路通过在传统结构中增加少量晶体管，在有效改善上升和下降时间匹配的同时可以降低电路功耗，提升输出摆幅。此外，还完成了基于二分法的自动频率校准(Automatic Frequency Calibration, AFC)电路的设计并在相关平台下进行了验证。
本文设计的压控振荡器原型在TSMC 40nm CMOS工艺下完成了设计和版图后仿真。仿真结果表明，在0.8V电源电压下，本文所设计的压控振荡器能正确产生正交2.4~2.5GHz信号，相位噪声小于-121dBc@1MHz，功耗约1mW。应用该电路设计的锁相环及收发机芯片已进行了初步的流片验证，结果表明电路功能正常，锁相环整体带外噪声为-116dBc@1MHz，满足物联网通信的应用需求。