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- 65 - 單元四 壓控振盪器設計 (一)實習題目 以給定之製程實現一個具有下列規格之壓控振盪器設計。 Oscillation Frequency: 2.42.5GHz Output Swing > 1Vpp Phase Noise < – 120dBc/Hz @ 1MHz offset (二)實習目的 1. 了解壓控振盪器之工作原理及重要規格之物理意義。 2. 以所提供之工作站模擬環境實際設計一個壓控振盪器並作電路佈 局、驗證。 3. 熟悉暫態、pss phase noise 的模擬設定和可能結果。 (三)實習儀器及設備 電路設計以 Unix/Linux 工作站為主;另外若有實際完成之晶片可 量測,則需要有頻譜分析儀。 (四)原理 在現代通訊系統裡,我們常需要在晶片內部產生一個固定頻率的 訊號,作為系統的時脈或混波器中的本地振盪訊號源等用途。我們有 兩種機制可以說明產生一個振盪訊號的原因:其一是回授系統、另一 則是單埠模型。圖 4-1(a)所示是一個常見的正回授電路架構圖,輸入 X 經過其中頻慮響應可表示為 H(s)的方塊(通常為放大器,以提供 需要的迴圈增益);輸出則為 Y,且此輸出被拉回與輸入作加總輸入

單元四 壓控振盪器設計 - web.nchu.edu.twweb.nchu.edu.tw/~ycchiang/RFIC/RFIC-SpectreRF-Unit-4.pdf · 但是真實設計出的vco 因為無可避免的雜訊效應,除了在主要振盪頻率外,在它兩側頻率成

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  • - 65 -

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    Oscillation Frequency: 2.42.5GHz

    Output Swing > 1Vpp

    Phase Noise < 120dBc/Hz @ 1MHz offset

    ()

    1.

    2.

    3. pss phase noise

    ()

    Unix/Linux

    ()

    4-1(a)

    X H(s)(

    ) Y

  • - 66 -

    H(s)

    (a)

    (b)

    4-1(a)(b)

    4-1(b)

    4-1(a)(4-1)

    )(1

    )()()(

    sHsH

    sXsY

    (4-1)

    0 1)( 00 jsH

    X

    Barkhausens criteria

    (1) Loop gain 10 jH (4-2)

    (2) o0 0 jH o0 180 jH (4-3)

    (4-2)

  • - 67 -

    1 3

    (4-2)

    1

    1

    (4-2)

    4-2

    4-2

    4-2

    4-2

    R1 R1 = R2

  • - 68 -

    ()()LC

    4-3 n

    tdk k Ak k

    n

    Barkhausens

    criteria

    4-3

    f0

    0

    21 21f

    ttt dndd (4-4)

    1)()()( 00201 fAfAfA n (4-5)

    LC

    IC

    IC LC

    4-4

  • - 69 -

    4-4

    4-4 LC 4-5

    4-5LC

  • - 70 -

    (Voltage Controlled Oscillator,

    VCO) 4-5

    (Varactor) VCO ( 4-6)

    4-6LC

    (phase noise)

    (LO)

    4-7(a) VCO

    4-7(b)

    (c)

    1Hz (

    dBc/Hz)

    tuneV

  • - 71 -

    (a) (b)

    4-7(a)(b)

    4-8 4-8(a)

    LO

    VCO

    (

    4-8(b)) VCO

    4-8(a) LO (b) LO

  • - 72 -

    ()

    4-6 LC

    schematic

    () VCO

    Analog Design Environment 4-9

    Select Initial Condition Set VCO

    OK

    4-9

    (transient) 3-9

    Stop Time ,

  • - 73 -

    4-10Select Initial Condition Set

    4-11Choosing Analyses pss/pnoise

    pss/pnoise pss 4-11 Beat

  • - 74 -

    Frequency pnoise

    Choosing Analyses Analysis pnoiseSweeptype(

    relative)relative harmonics( 1)Frequency Sweep Range(

    paper@1MHz phase noise

    )Sweep Type( logarithmicnumber of steps

    )Sidebands( Select from range

    )output( voltage select Schematic positive output

    node &negative output node) 4-11

    Direct Plot Form 4-12

    4-12Direct Plot Form pnoise

  • - 75 -

    ()

    LC

    4-13

    4-14

  • - 76 -

    4-15

    4-16Tuning Range