新型MOS变容管的射频振荡器设计

图6 VCO的调谐曲线

最后采用的电源电压为1.5V,功耗约为10mW。用Cadence平台下的SpectreRF进行仿真，得到的调谐曲线如图6所示。控制电压在0～2V 变化时，振荡频率在3.59～4.77GHz间变化，中心频率为4.18GHz,调谐范围约为28％。中心频率处的相位噪声曲线如图7所示，此时的控制电压为0.75V,对应偏移量600kHz的相位噪声为-128dB/Hz。
vco的相位噪声曲线

图7 VCO的相位噪声曲线

当控制电压由0.75V变到2V时，振荡频率变为4.77GHz,相位噪声变为 -135dB/Hz,降低了7dB。这是由两个方面的原因引起的，首先是由于LC振荡回路总的电容减小，振荡频率增加，这就减小了要维持振荡所需的负跨导，但因为两个NMOS晶体管提供的负跨导几乎不变，所以就使得稳定振荡幅度增加，相位噪声减校另外一方面是源于此过程中积累型MOS电容的沟道寄生电阻会随着电压升高而变小，从而降低了损耗，降低了相位噪声。
与采用反型MOS变容管设计的VCO比较，由于电子具有较高的迁移率，使得积累型MOS电容的沟道寄生电阻比反型MOS电容要低，即意味着积累型MOS电容具有较高的品质因数，导致了VCO整体性能有所提高，特别是相位噪声有所减少。比较结果如表1所示。考虑到工艺和功耗等因素，采用积累型MOS电容有更大的优势。

表1两种MOS电容VCO的性能比较

两种mos电容vco的性能比较

结论
基于0.35μm工艺，考虑低压和低功耗，设计了一个工作频率为4.2GHz的VCO,并在该电路中分别采用积累型MOS电容和反型MOS电容进行调谐。仿真结果表明，两种VCO调谐范围与中心频率几乎相同，在功耗约为10mW的情况下，积累型MOS调谐的VCO表现出更好的相位噪声性能。