一種基于CMOS工藝的低相噪壓控振蕩器的設計

齊賀飛，王磊，王鑫，王紹權，張夢月

（中國電子科技集團公司第十三研究所，河北 石家莊 050051）

0 引 言

壓控振蕩器作為通信系統中的本振信號源，其頻率范圍和相位噪聲等信號質量對通信系統的性能有重要影響，隨著集成電路工藝的發展，芯片的集成度不斷提高，片上系統（System on Chip, SoC）已經成為主流設計思路。SoC 的特點決定了需要集成電路工藝的兼容性，既要滿足微處理器（Micro Controller Unit, MCU）的Flash 存儲器的要求，又要滿足鎖相環電路需要厚金屬高Q 值電感和可變電容晶體管。傳統的III-V 族化合物集成電路工藝已經不能滿足集成度的要求。同時，隨著系統對于低功耗的要求越來越嚴苛，在片上系統SoC 中集成頻率源IP 也將逐漸替代原有的分立式頻率源電路，能夠在不影響系統性能的前提下，大幅度降低系統的面積和功耗。

本文設計了一種基于標準CMOS（Combined Metal Oxide Semiconductor, CMOS）工藝的VCO，可實現寬帶調諧范圍，從2.3 GHz ～3.3 GHz，具有寬電壓和寬溫度范圍。在2.97 V ～3.63 V 供電，-60 ～130 ℃均可穩定工作。采用了并聯的可調節電容，用于擴展VCO（Voltage Control Oscillator, VCO）的振蕩頻率范圍的同時也能保持很低的增益，從而提高了壓控振蕩器的噪聲性能。同時使用FLASH非易失性存儲器。FLASH IP 作為低成本化系統配置資源，通過通用的調試接口電路與外部通信，內部存儲了配置鎖相環所需要的控制字，對用戶使用極為方便。本芯片還可以與通用的MCU 或者FPGA 等進行工藝集成，進一步提升系統功能，提升批次一致性和可生產性，簡化外圍電路器件，降低用戶系統設計的總成本。

1 VCO 振蕩電路的相位噪聲來源

理想的LC 振蕩器輸出信號為：