压控振荡器的电路仿真

一种超宽带压控振荡器的设计通过 SMIC 55nm CMOS 工艺库进行了设计，确定了电路的layout 结构和尺寸，并针对典型情况下做了后仿 真及分析，考虑到 foundry 工艺的偏差，设计时在高 频段和低频段都留足了裕量。好的设计更要充分 结合前仿真与后仿真的各项指标进行综合分析及 优化。 整体仿真图如图 6 所示，电路的供电电压 Vdd 为 1.2V。

典型情况下的仿真

压控振荡器的输出信号的频率范围即为压控振 荡器的调谐范围。调谐范围通常要考虑系统和工艺 温度的影响，典型情况的仿真设定条件为 25℃下的 ‘TT’工艺角。 两个 VCO 核心的频率控制范围仿真结果显示， 当 VCO 核心的 vco_cwords 控制字控制范围为从 0 到 511 连续变化时，压控振荡器的整体输出的频率 调谐范围可以覆盖从 11.79 GHz 到 25.15GHz。

 同时，针对两个 vco 核心的每一位 vco_cwords 控制字的仿真结果及数据统计显示：在每个控制字 下，随着 Vtune 电压的变化，都能覆盖不少于 91.2MHz 的频率调谐区间，且相邻控制字之间都能 保证不小于其调谐区间 85%的频率宽度的交叠。 分别对压控振荡器工作在最高频率和最低频率 状态下的相位噪声进行仿真，结果如表 1 所示。

 极端情况下仿真结果

 压控振荡器电路的性能不仅取决于良好的设 计，更依赖于充分考虑工艺偏差及工作温度等因素 的共同影响。基于对典型情况下做了后仿真及分析， 进一步地，分别对电路进行了 FF 和 SS 工艺角下的 极端情况仿真。整体仿真图如图 6 所示。设定条件为 25℃下的 TT 工艺角。 由仿真曲线可见，在设定条件为 -40℃下的 SS 工艺角下，压控振荡器的频率调谐范围能覆盖 11.33GHz~25.08GHz，而设定条件为 125℃的 FF 工艺 角下，则可以覆盖 11.94GHz~25.22GHz 的频率区间。经过对压控振荡器的后仿真的相位噪声结果对 比，发现在设定条件为 125℃下的 SS 工艺角时相位 噪声会相对地恶化得较为明显。

仿真结果与分析

本设计的宽带压控振荡器电路基于 CMOS 工艺 库进行的设计仿真和版图设计，版图 layout 面积为 0.4mm×0.65 mm。通过典型状态和极端状态下的仿 真数据对比与分析可以看出，宽带压控振荡器在各 种极端状态下都能够覆盖 12GHz~24GHz 的频率调 谐带宽，其中设定条件为 25℃下 TT 工艺角时的典 型情况下的调谐频率能覆盖 11.79~25.15GHz 的超 宽 调 谐 范 围 ， 典 型 电 路 总 功 耗 [12] 为 低 至 31.2mW，24GHz 相位噪声后仿真结果为 -99.785dBc /Hz@1MHz offset。 电 路 中 的 VCO_CORE、VCO_ VTUNE_BIAS、VCO_BUF_IBIAS、LOOP_SW、VCO_ CWORDS_MUX 以及 VCO_BUF 等模块都通过寄存 器引出到了标准 SPI 接口实现可配置，便于调节各 部分电路的工作状态，以实现更好的相互配合，使整 体电路的作达到最佳性能。