基于O.18μm CMOS工藝的寬帶LCVCO設計

通常，通過開關選通邏輯陣列控制其通斷，開關電容陣列以2權重遞增嘲。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i=1時，得到，fVCO的最大值；當i=k時，得到fVCO。的最小值。
寬帶VCO采用NMOS差分耦合結構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為28 μm／O．21μm，這里適當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。為了優(yōu)化相位噪聲，設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六路偏置電流開關。
整個設計如圖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。即相鄰子頻段之間的轉換通過增加一個開關電容或者減少一個開關電容來實現(xiàn)。開關管S[i]的寬長比需在接入所導致增加的寄生電容和導通電阻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節(jié)范圍。本文開關管的寬長比設置為18μm×18 μm MIM電容搭配4．2μm／0．18μm尺寸的開關管。為了在導通時刻保持一恒定直流電位，這里在開關管漏極接入了一個寬長比為O．4 μm／O．22 μm的MOS管。

4 結論
采用NMOS差分耦合振蕩器結構，設計了一個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)頻率粗調和細調；通過尾電流開關陣列優(yōu)化輸出信號幅度和相位噪聲。本文的設計在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頻率段的多標準無線系統(tǒng)的應用要求。