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无线通信系统的不断发展，尤其是IEEE802．15．4标准的提出，极大地推动了无线传感器网络的研发与应用。频率综合器为无线通信系统中接收机和发射机提供本振信号，因此对系统性能有着重要的影响。压控振荡器（VCO）作为频率综合器中提供指定频率信号的模块，直接决定了频率综合器能否锁定，进而决定了收发机能否正常工作；此外，压控振荡器的相位噪声也对收发机中混频器的性能有着重要影响。由于现代通信系统对成本和功耗的要求越来越高，因此，如何在满足振荡频率及相位噪声性能要求的情况下，进一步降低压控振荡器的芯片面积和功耗也就成为射频领域的研究热点。
本文在阐述了压控振荡器的工作原理及分类的基础上，详细讨论了多种相位噪声模型，明确了影响相位噪声性能的主要因素，并指出了设计中优化性能的方法和需要折衷考虑的方面。然后，基于频率综合器的性能要求，本文给出了压控振荡器的对应设计指标。在传统差分负阻电感电容压控振荡器的基础上，本课题引入了电阻偏置结构，该电路具有较低的功耗和较好的相位噪声性能。同时，为了补偿工艺的偏差，加入了开关电容控制阵列以提供较大的调谐范围。针对电阻偏置结构具有较好的相位噪声性能这一特点，本课题进一步在相位噪声和功耗这两个指标间进行折衷，引入了开关电流源阵列结构，该结构与开关电容阵列同时工作，在抑制了开关电容阵列对相位噪声性能影响的同时，进一步降低了系统功耗。此外，本文根据模拟集成电路版图设计的要点及压控振荡器电路的性能特点优化了版图设计。整个芯片的设计基于SMIC0．18μm RF CMOS工艺，对所设计的两种结构都进行了前后仿真验证，性能满足设计指标要求。此外，对其中的电阻偏置结构芯片进行了在片测试。测试结果表明：在1．8V电源电压下，电路能够覆盖系统所需频段，总工作电流小于7mA。
在当前对无线传感网的关注不断提高的背景下，开发相关的SoC芯片尤其是其中的压控振荡器模块具有重要的研究价值和市场应用前景。