3.7 GHz寬帶CMOS LC VCO的設(shè)計(jì)

振蕩頻率正比于因此調(diào)節(jié)范圍取決于最大電容和最小電容的比值，由式(3)、(4)可以得到最大電容和最小電容的比值為

從公式(5)、(6)可以看到開關(guān)電容最大的Q值與最大的調(diào)節(jié)比率之間存在沖突。C0由工作頻率w0決定，因此Wsw在優(yōu)化中是最重要的設(shè)計(jì)參數(shù)。

開關(guān)電容的Q值可以通過差分電容開關(guān)的方式來改善，如圖7所示。當(dāng)開關(guān)處于ON狀態(tài)的時(shí)候只有溝道電阻RON的一半與電容串聯(lián)，相比于單端的結(jié)構(gòu)，Q值可以提高一倍。M2和M3為工作在亞閾值區(qū)的有源電阻，可以為MOS開關(guān)的源端和漏端提供直流偏置。

當(dāng)Vsw設(shè)為0的時(shí)候，VD／S=0，VG=VDD，因此MOS開關(guān)管的VGs—VT達(dá)到最大，從差分端口看進(jìn)來，等效電容達(dá)到最大，因此電路振蕩在較低的頻率上；當(dāng)Vsw設(shè)為VDD時(shí)，VD／S=VDD，VG=0 V，電路工作在較高的頻率上。

1．4 輸出緩沖器及匹配電路的設(shè)計(jì)
為了將VCO的輸出信號送到片外，考慮到外部電容很大，采用了電感負(fù)載的緩沖器，通過選擇合適的電感和電容使其諧振在3．7 GHz，如圖8所示。

在匹配電路的設(shè)計(jì)上，選用了π型匹配電路，首先利用spectreRF仿真得到輸出緩沖器的S22參數(shù)，然后構(gòu)建匹配電路使其阻抗達(dá)到50 Ω。具體的匹配電路(1．3 nH為邦線電感，94．9 pF的電容為隔直電容)及其Smith圓圖如圖9所示。

2 測試結(jié)果

本LCVCO是用于3．7 GHz鎖相環(huán)的，整個鎖相環(huán)是在和艦0．18μm混合信號工藝下制造的，整個VCO的面積為0．4 mm×1 mm，芯片照片如圖10所示。測試得到的VCO的工作頻率為3．4～4 GHz，有16％的調(diào)節(jié)范圍，調(diào)節(jié)電容陣列開關(guān)得到的頻率隨控制電壓的變化曲線如圖11所示。在1．8 V電源電壓下的功耗為10 mW；在1 MHz頻偏處的相位噪聲為一100 dBc／Hz。測試得到的VCO輸出頻譜如圖12所示，輸出功率相對較低，主要是由于對邦線的寄生電感和寄生電容估計(jì)出現(xiàn)偏差導(dǎo)致匹配電路沒有實(shí)現(xiàn)完全匹 配，但這對VCO性能的測試沒有實(shí)質(zhì)的影響。

3 結(jié)論
基于和艦0．18μmCMOS混合信號工藝設(shè)計(jì)了一款工作在3．7 GHz的LCVCO。本文著重論述了電感與射頻開關(guān)的設(shè)計(jì)，通過采用電容開關(guān)陣列的方式增加了VCO的工作范圍以補(bǔ)償PVT的變化所帶來的影響。測試結(jié)果表明，該VCO可用于鎖相環(huán)和頻率合成器。