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超寬帶壓控振蕩器電路設(shè)計(jì)的研究的趨勢(shì)

返回列表 來(lái)源:未知 發(fā)布日期:2022-06-20 09:23【

于多頻段一體化通信、雷達(dá)無(wú)線電跳頻通信以及短波通信系統(tǒng)對(duì)低噪聲、大帶寬等性能的需求,提出了一種低相噪、低功耗、片上面積小、超寬帶的壓控振蕩器電路結(jié)構(gòu)。雙核 VCO 的結(jié)構(gòu)覆蓋了12GHz-24GHz 的超寬帶正交頻率輸出范圍,采用CMOS工藝庫(kù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)仿真和版圖設(shè)計(jì),版圖設(shè)計(jì)面積為 0.4mm×0.65 mm。仿真結(jié)果表明,寬帶壓控振蕩器在 TT 工藝角下的調(diào)諧頻率能覆蓋11.79~25.15GHz 的超寬范圍,24GHz 工作頻率下,1MHz 頻偏處相位噪聲能達(dá)到 -100dBc/Hz,且電路總功耗不超過(guò)33mW。


無(wú)線通信系統(tǒng)對(duì)收發(fā)機(jī)通信速度,和工作帶寬以及高精度頻率源、頻率穩(wěn)定度是正相關(guān)的,帶寬越大則通信速度越寬。為了提高通信的保密性、抗干擾性,以跳頻通信為主的擴(kuò)頻通信方式,可以有效規(guī)避掉某些頻點(diǎn)上的干擾號(hào)帶來(lái)的影響,從而保證通信系統(tǒng)的可靠性運(yùn)行。而擴(kuò)頻系統(tǒng)的工作,除了對(duì)穩(wěn)定度、噪聲等性能的要求,足夠?qū)挼恼{(diào)諧帶寬也是首要特點(diǎn)。作為頻率合成器的關(guān)鍵電路及重要組成部分的壓控振蕩器,對(duì)整個(gè)收發(fā)系統(tǒng)的性能有著至關(guān)重要的影響。壓控振蕩器的高穩(wěn)定度、低相位噪聲,大調(diào)諧帶寬、低功耗以及小片上面積使得越來(lái)越多的工程師為之付出不懈的努力,也必將成為未來(lái)對(duì)頻率源的研究的趨勢(shì)。


整體架構(gòu)

一種用于為頻率綜合器 [2] 提供高至12GHz 的 LO 正交輸出的壓控振蕩器解決方案。為了覆蓋到 12GHz 的 LO 正交輸出,壓控振蕩器設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)需要能夠滿足 12GHz~24GHz 的頻率調(diào)諧范圍,同時(shí)配合頻率綜合器上的輸出分頻驅(qū)動(dòng)器,可使頻率綜合器能為后級(jí)收發(fā)機(jī)混頻器高至 12GHz[4],頻能覆蓋至 20MHz 的本振輸出。為了實(shí)現(xiàn)不低于60%的寬帶頻率調(diào)諧范圍(Frequency Tuning Range),整體架構(gòu)采用了雙核(Dual-core)VCO 的結(jié)構(gòu)(如圖 1 所示)。其中,高頻段 VCO 核覆蓋了 18GHz~24GHz 的頻率范圍區(qū)間,低頻段 VCO 核覆蓋了 12GHz~18GHz 的頻率范圍區(qū)兩段區(qū)間配合適當(dāng)?shù)念l率交疊范圍,確保避免頻率空擋的出現(xiàn),從而有效保證了頻率調(diào)諧范圍的連續(xù)性。VCO 架構(gòu)采用了 NMOS-Only Class-B 架構(gòu),有效的共享偏置電流,拓寬啟動(dòng)裕度,降低不平衡度。同時(shí)擺幅輸出的最大化,在降低高頻分頻器的設(shè)計(jì)難度的同時(shí)還能獲得更為優(yōu)異的相位噪聲性。每個(gè) VCO core 結(jié)構(gòu)中都包含 9bit 開(kāi)關(guān)電容陣列和 2bit 的變?nèi)莨荜嚵校?/span>VCO 能夠根據(jù)當(dāng)前的諧振頻率來(lái)調(diào)節(jié)變?nèi)莨艿慕尤霐?shù)量、削弱 Kvco 變化、降低 AM-PM 相位噪聲的轉(zhuǎn)化、以及保證環(huán)路特性的穩(wěn)定。當(dāng)使能 VCO bias 以及 VCO Buffer時(shí),進(jìn)行頻段的切換,此時(shí) VCO_Buffer 中的電容值可自動(dòng)調(diào)整,進(jìn)而改變峰值頻率,拓展帶寬。

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