基于O.18μm CMOS工藝的寬帶LCVCO設(shè)計

通常，通過開關(guān)選通邏輯陣列控制其通斷，開關(guān)電容陣列以2權(quán)重遞增嘲。振蕩頻率范圍計算公式如下：

其中C為DCCA的單位電容；Cp為寄生電容。當(dāng)i=1時，得到，fVCO的最大值；當(dāng)i=k時，得到fVCO。的最小值。
寬帶VCO采用NMOS差分耦合結(jié)構(gòu)的原因是由于電子的遷移率較空穴要高2倍～3倍，在相同的跨導(dǎo)情況下NMOS管的寄生電容要比PMOS管小，有利于獲得更大的振蕩范圍。本文的負阻管尺寸設(shè)為28 μm／O．21μm，這里適當(dāng)增加管子的溝道長度以減小深亞微米MOS器件的熱電子效應(yīng)。為了優(yōu)化相位噪聲，設(shè)計中使電流偏置在電流限制區(qū)與電壓限制區(qū)的交界處?？紤]到不同子頻段有合理需要不同的偏置電流及負阻，電路中增加了兩差分耦合管對結(jié)六路偏置電流開關(guān)。
整個設(shè)計如圖4，電感L的選取必須兼顧振蕩頻率范圍和起振條件以及版圖面積，這里選擇電感值為4．95 nH的片上螺旋電感；CV為積累型MOS容抗管，VO口的加入使得容抗管可以偏置在最佳點。為了減小KVCO的波動，這里加入了3個自控容抗管模塊，控制信號分別為S[3]、S[6]、S[8]，完成在相應(yīng)子頻段上對KCO。進行補償。九對MIM電容(S[O]～S[9])采用電容累加的方法進行選擇，實現(xiàn)子頻段的粗調(diào)。即相鄰子頻段之間的轉(zhuǎn)換通過增加一個開關(guān)電容或者減少一個開關(guān)電容來實現(xiàn)。開關(guān)管S[i]的寬長比需在接入所導(dǎo)致增加的寄生電容和導(dǎo)通電阻Ron之間折衷，因為保持LC回路的Q值要求減小Ron，而寄生電容則會減小頻帶的調(diào)節(jié)范圍。本文開關(guān)管的寬長比設(shè)置為18μm×18 μm MIM電容搭配4．2μm／0．18μm尺寸的開關(guān)管。為了在導(dǎo)通時刻保持一恒定直流電位，這里在開關(guān)管漏極接入了一個寬長比為O．4 μm／O．22 μm的MOS管。

4 結(jié)論
采用NMOS差分耦合振蕩器結(jié)構(gòu)，設(shè)計了一個1．8 V寬帶LCVCO電路．通過MIM電容陣列和積累型MOS容抗管自控陣列實現(xiàn)頻率粗調(diào)和細調(diào)；通過尾電流開關(guān)陣列優(yōu)化輸出信號幅度和相位噪聲。本文的設(shè)計在O．18μm RFCMOS工藝下實現(xiàn)了較大的頻率覆蓋，電流消耗低至2．1 mA。該VCO能滿足工作在1.1 GHz～2.1 GHz頻率段的多標(biāo)準無線系統(tǒng)的應(yīng)用要求。