【摘 要】
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无线通信的广泛应用和集成电路技术的迅速发展,使集成收发机正在成为一个重要的研究领域。低噪声压控振荡器(VCO)的设计是实现高性能射频通信系统的关键,也是接收机设计中极
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无线通信的广泛应用和集成电路技术的迅速发展,使集成收发机正在成为一个重要的研究领域。低噪声压控振荡器(VCO)的设计是实现高性能射频通信系统的关键,也是接收机设计中极具挑战性的部分,因为CMOS器件具有较高的flicker噪声,基于CMOS工艺的宽带低噪声VCO设计更是VCO设计的一个难点。
本文首先介绍了VCO的基本相位噪声理论以及宽带低噪声LC VCO的基本工作原理和设计方法,重点阐述了应用于数字电视调谐芯片的宽带低噪声VCO的设计实现。本设计采用三个VCO实现全波段覆盖,从而减小对变容管灵敏度的要求,提高相位噪声性能。同时,本设计中采用了一种新型的电荷泵式自动幅度控制(AAC)电路。自动幅度控制电路保证了三个波段的VCO能够快速起振,同时通过调节AAC的控制字,能够调节VCO的输出幅度,从而调整VCO的相位噪声性能,使VCO在各个频点都处于最佳工作点。当VCO稳定工作时,AAC环路断开,因此环路中的模块不会对相位噪声产生影响,这一特性明显优于传统模拟AAC电路。该AAC电路中还采用了一种改进型幅度检测器,它可以和VCO直接耦合并且不受宽带VCO输出共模电平变化的影响,防止了电容耦合带来的外部偏置噪声对VCO相位噪声的恶化。本设计中每个波段VCO都采用了互补交叉耦合型结构。为获得低相位噪声,该电路的各个部分都经过了精心的设计,如交叉耦合管尺寸的选取、尾电流源的设计、片外谐振网络的结构设计和参数选取等。基于以上研究成果,本文设计实现了用于有线数字电视调谐器(DVB-C Tuner)的VCO及CP_AAC模块。本课题的实现都基于特许半导体(Chartered)0.25μm CMOS工艺库,整个调谐芯片在Chartered进行了流片验证。测试结果表明该VCO的调谐范围能够覆盖80～900MHz,全波段相位噪声均低于-83dBc/Hz@10kHz,可以满足64QAM的系统要求。带有该VCO的调谐器芯片已经成功完成了数字有线电视的接收。
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