一种采用开关阶跃电容的压控振荡器(上)调谐特性的理论分析.pdf

第 26 卷 　第 10 期 半 　导 　体 　学 　报 Vol . 26 　No . 10 2005 年 10 月 C H IN ESE J OU RNAL O F SEM ICONDU C TOR S Oct . ,2005 ( ) 一种采用开关阶跃电容的压控振荡器 上 : 调谐特性的理论分析 唐长文 　何 　捷 　闵　昊 ( 复旦大学专用集成电路与系统国家重点实验室 , 上海 　200433) 摘要 : 针对采用阶跃可变电容的电感电容压控振荡器电路 ,本文提出了一种振荡器调谐特性的时域分析方法 ——— 周期计算技术. 通过对电感电容谐振回路中电感的 IV 曲线分析 ,详细地阐述了阶跃可变电容能够实现线性压控 的物理机理和本质. 对差分调谐电感电容压控振荡器的调谐特性也进行了详细的分析. SP ICE 电路仿真验证了调 谐特性理论分析的正确性. 关键词 : 阶跃可变电容 ; MOS 管可变电容 ; 开关阶跃电容 ; 电感电容压控振荡器 ; 振荡调谐曲线 ; 周期计算技术 EEACC : 1230B 中图分类号 : TN4 　　　文献标识码 : A 　　　文章编号 : 02534 177 (2005) 1020 1012 电容都采用 p n 结[ 1 ,2 ,7 ] . 随着对 MO S 管电容的 CV 1 　简介 曲线特性的不断认识 ,发现振荡器的实际等效电容 是振荡电压波形对 MO S 管电容的 CV 曲线的一个 电感电容压控振荡器是现代射频集成电路中最 周期内的平均值[ 6～10 ] . 因此 ,阶跃 MO S 管可变电容 重要的模块之一. 随着片上电感和片上可变电容实 也能够实现振荡器的调谐特性 ,这样 MO S 管可变 现问题的逐渐明朗 ,近十年来出现了大量关于电感 电容慢慢被学术界和工艺界所接受. 由于累积型 电容压控振荡器设计的文献[ 1～4 ] , [ 6～15 ] . 片上可变电 MO S 管的 CV 曲线比反型 MO S 管要缓一些 ,人们 容的实现方式主要有三种 :p n 结 ,反型 MO S 管电 就普遍认为缓变的累积型 MO S 管电容比陡变反型 容 ,累积型 MO S 管电容. p n 结可变电容是反偏结电 MO S 管电容性能更好 , 能够得到更加线性的频率 容在反偏 电压的控制下实现压控 电容特性的. 而 电压调谐曲线[ 5 ] . 然而这种观点是不正确的 ,通过本 MO S 管电容的 CV 特性却截然不同 ,呈现出阶跃 文采用阶跃可变电容的电感电容压控振荡器的调谐 特性[4 ,5 ] . MO S 管电容根据其压控电压的不同而工 特性分析 ,发现陡变反型 MO S 管电容也能够实现 作在两个不同的区域 ,反型 MO S 管电容只工作在 高线性的调谐特性[ 12～14 ] . 反型和耗尽两个区域 ,而累积型 MO S 管只工作在 目前大多数关于压控振荡器的文献[ 1～4 ] 都是压 累积和耗尽两个区. 在反型区或累积区的 MO S 管 控振荡器相位噪声 、功耗和调谐范围等方面的优化 ε 电容有最大电容值 C = / t ;在耗尽区的电容为最 ox ox 研究 ,而对于压控振荡器的调谐曲线特性研究的文 小电容值 ,栅氧化电容 C 与耗尽层电容 C