超宽带压控振荡器电路设计的研究的趋势

于多频段一体化通信、雷达无线电跳频通信以及短波通信系统对低噪声、大带宽等性能的需求，提出了一种低相噪、低功耗、片上面积小、超宽带的压控振荡器电路结构。双核 VCO 的结构覆盖了12GHz-24GHz 的超宽带正交频率输出范围，采用CMOS工艺库进行了设计仿真和版图设计，版图设计面积为 0.4mm×0.65 mm。仿真结果表明，宽带压控振荡器在 TT 工艺角下的调谐频率能覆盖11.79~25.15GHz 的超宽范围，24GHz 工作频率下，1MHz 频偏处相位噪声能达到 -100dBc/Hz，且电路总功耗不超过33mW。

无线通信系统对收发机通信速度，和工作带宽以及高精度频率源、频率稳定度是正相关的，带宽越大则通信速度越宽。为了提高通信的保密性、抗干扰性，以跳频通信为主的扩频通信方式，可以有效规避掉某些频点上的干扰号带来的影响，从而保证通信系统的可靠性运行。而扩频系统的工作，除了对稳定度、噪声等性能的要求，足够宽的调谐带宽也是首要特点。作为频率合成器的关键电路及重要组成部分的压控振荡器，对整个收发系统的性能有着至关重要的影响。压控振荡器的高稳定度、低相位噪声，大调谐带宽、低功耗以及小片上面积，使得越来越多的工程师为之付出不懈的努力，也必将成为未来对频率源的研究的趋势。

整体架构

一种用于为频率综合器 [2] 提供高至12GHz 的 LO 正交输出的压控振荡器解决方案。为了覆盖到 12GHz 的 LO 正交输出，压控振荡器设计结构需要能够满足 12GHz~24GHz 的频率调谐范围，同时配合频率综合器上的输出分频驱动器，可使频率综合器能为后级收发机混频器高至 12GHz[4]，低频能覆盖至 20MHz 的本振输出。为了实现不低于60%的宽带频率调谐范围（Frequency Tuning Range），整体架构采用了双核（Dual-core）VCO 的结构（如图 1 所示）。其中，高频段 VCO 核覆盖了 18GHz~24GHz 的频率范围区间，低频段 VCO 核覆盖了 12GHz~18GHz 的频率范围区间，两段区间配合适当的频率交叠范围，确保避免频率空挡的出现，从而有效保证了频率调谐范围的连续性。VCO 架构采用了 NMOS-Only Class-B 架构，能有效的共享偏置电流，拓宽启动裕度，降低不平衡度。同时摆幅输出的最大化，在降低高频分频器的设计难度的同时还能获得更为优异的相位噪声性能。每个 VCO core 结构中都包含 9bit 开关电容阵列和 2bit 的变容管阵列，VCO 能够根据当前的谐振频率来调节变容管的接入数量、削弱 Kvco 变化、降低 AM-PM 相位噪声的转化、以及保证环路特性的稳定。当使能 VCO bias 以及 VCO Buffer时，可进行频段的切换，此时 VCO_Buffer 中的电容值可自动调整，进而改变峰值频率，拓展带宽。