1. 研究目的与意义
近年来,无线通信系统的迅猛发展刺激了低成本、高性能、小型化射频集成电路的研究与设计,作为射频集成电路中至关重要的组成部分,压控振荡器( Voltage Controlled Oscillator VCO)广泛地应用于无线接收、有线接收、数据通信、时钟恢复、航空航天乃至医学等领域,如用于函数发生器、PLL、频率合成器、时钟发生器和模拟音乐合成器等电路。因此受到了IC (Integrated Circuit)设计者的极大关注。随着科学研究技术的进步和工艺的发展为压控振荡器的设计带来机遇的同时也带来了巨大的挑战,频率资源的匮乏和无线收发机性能的不断提高促使压控振荡器朝着高频、宽调谐与低相噪的方向发展。 目前广泛使用的主要有环形振荡器和LC振荡器。其中,环形振荡器具有耗能小,价格低,电路结构简单且比较容易实现等优点,但是在相位噪声性能方面的缺陷也很明显,而LC振荡器是利用电容电感的并联或串联来实现谐振的一种振荡器,它具有调谐范围宽,集成度高,设计简单、谐振回路品质因数高,相位噪声小等一系列优点。相比之下,LC振荡器的噪声性能却非常优良。在VCO工作频率超过1GHz 以上的情况下, LC VCO已经是主流的电路结构。综合对比环形振荡器和LC振荡器的优缺点,最终选用的是LC振荡器。 因此,对于电容电感式压控振荡器来说,其振荡频率主要由振荡回路来决定,由振荡频率于控制电压的关系式可知,要想实现频率调谐功能,改变振荡回路中电容和电感的值是唯一的办法,然而在目前的集成电路技术条件下,要想实现可变电感是非常困难甚至是不可能的,因此,在实际设计中一般通过采用可变电容的方法来实现频率的可调谐。VCO设计中一般利用反向偏置的二极管来实现可变电容,它的值会随着控制电压的变化而改变,由于本文中 VCO的设计目标之一是实现宽调谐,所以采用的是HBT里的BC结二极管,因为它是工艺库中电容改变量最大的二极管,这对调谐范围的展宽是非常有帮助的。
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2. 研究内容和预期目标
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