基于802．11a標準的5 GHz振蕩器設計

0 引言
隨著寬帶無線通信技術的不斷發(fā)展和市場的不斷擴大，802．11a標準的5 GHz無線射頻頻段以其數(shù)據傳輸速率快、信號質量好、干擾小等優(yōu)點得到了越來越廣泛的推廣；隨著CMOS工藝的進步．使其生產出的高集成度、低價、低功耗射頻芯片比砷化鎵工藝或雙極性硅工藝的芯片具有明顯的性價比優(yōu)勢，而壓控振蕩器(VCO)是射頻通信系統(tǒng)中非常重要的組成元件之一。它主要應用于鎖相環(huán)路和頻率合成器中來實現(xiàn)精確的參考頻率，對通信系統(tǒng)的性能至關重要。本文用先進的0．18μm CMOS工藝設計了一個工作在802．11a標準的振蕩器。

l 振蕩器原理
振蕩器是把直流電流轉換為周期變化的電壓信號的電路，主要分為環(huán)形振蕩器和電感電容振蕩器。環(huán)形振蕩器有較大的協(xié)調范圍，易于集成而且占用面積小，但是環(huán)形振蕩器的工作頻率較低，且相位噪聲差，影響了它在射頻領域的應用。因為本文所要設計的振蕩器頻率要達到802．11a標準的5 GHz頻段，已經達到射頻級別，所以本文采用電感電容振蕩器。
1．1 LC振蕩器基本原理
最基本的LC振蕩器由三部分組成，電感變容管、電感和補償無源器件損耗的負阻，結構如圖1所示。

如果忽略振蕩電路的晶體管寄生電容對振蕩頻率的影響，那么LC振蕩器的頻率表達式為：

根據公式(1)，改變LC就可以改變振蕩器的頻率。
1．2 平面螺旋電感
由(1)式可以看出，在射頻電路里，電感是最重要的參數(shù)。選用高Q值電感可以降低損耗，使振蕩器在較小的跨導也可起振，這樣就降低了起振的門檻。另外高Q值電感可以降低振蕩器的相位噪聲。在CMOS工藝中有兩種電感可以選擇，一種是鍵合線電感，另外一種是平面螺旋電感。由于圖形對稱良好的電感可以減少寄生電阻和寄生電容，減小電感消耗的能量，可以提供高Q值，因此本設計采用的是平面螺旋電感。
1．3 變容二極管的選取
CMOS工藝中可以制作兩類類型的變容管：變容二極管(JV)和MOS變容二極管。下面分別介紹之。
1．3．1 變容二極管(JV)
變容二極管等效電路如圖2所示。

其中Rc代表二極管的串聯(lián)電阻，它主要是由于N阱材料的電阻率很高而形成的。另外N阱與襯底呈現(xiàn)相當大的電容，用Cn表示。在實際制作過程中可以用N+阱環(huán)繞P+阱，那樣會使流經電容的電流有四個方向而得到較低的串聯(lián)電阻值。反偏二極管的電容和電壓的關系可用下式表示：