LC壓控振蕩器及其預(yù)分頻器的研究與設(shè)計(jì).pdf

1、無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks,WSN)以其低功耗、低成本、分布式和自組織的特點(diǎn)在智能家居等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。由于它通常包含數(shù)量眾多的傳感器節(jié)點(diǎn),而這些節(jié)點(diǎn)常采用電池供電,所以為其設(shè)計(jì)的片上系統(tǒng)(System On Chip,SOC)芯片必須具備低成本、低功耗的特點(diǎn)。而且,隨著無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)不斷地微型化,對(duì)芯片集成度的要求也越來(lái)越高。
　　近些年,隨著工藝尺寸的不斷縮小,芯片的密度、器件的速度以及

2、電路處理信號(hào)的能力都在逐漸提高,推動(dòng)了低成本、低功耗CMOS無(wú)線(xiàn)收發(fā)機(jī)的研究與開(kāi)發(fā)。而壓控振蕩器(voltage Controlled Oscillator,VCO)和預(yù)分頻器(prescaler)作為本地振蕩源的核心模塊,其功耗和相位噪聲等性能將會(huì)直接影響到收發(fā)機(jī)系統(tǒng)的性能!
　　本論文的目的是采用CMOS工藝實(shí)現(xiàn)全集成的低功耗、低相位噪聲的LC壓控振蕩器和預(yù)分頻器。該模塊電路用于IEEE802.15.4C標(biāo)準(zhǔn)申請(qǐng)的780(中國(guó)

3、)/868(歐洲)MHz頻段中無(wú)線(xiàn)收發(fā)機(jī)中。目前用于該頻段的SOC芯片在國(guó)內(nèi)依然處于未開(kāi)發(fā)階段。作為無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)中的核心SOC芯片之一,開(kāi)展有關(guān)研究與開(kāi)發(fā)對(duì)于國(guó)內(nèi)整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的發(fā)展具有重要意義。
　　本論文實(shí)現(xiàn)了780/868MHz的低功耗和低相位噪聲的LC壓控振蕩器及其預(yù)分頻器,主要的工作內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)包括:
　　1、研究了負(fù)阻LC壓控振蕩器的工作原理和電路結(jié)構(gòu),重點(diǎn)闡述了無(wú)源元件—集成電感和集成變?nèi)莨艿慕Y(jié)構(gòu)和特性,之后探

4、討了如何設(shè)計(jì)低KVCO的VCO用以改善其相位噪聲的性能。
　　2、研究了正交2分頻產(chǎn)生電路中D觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理,以及設(shè)計(jì)原則,最后通過(guò)采用電流復(fù)用技術(shù)降低了整個(gè)VCO模塊的功耗。
　　3、研究了真單相時(shí)鐘(True Single Phase Clock,TSPC)D觸發(fā)器的工作原理和設(shè)計(jì)要點(diǎn),最后設(shè)計(jì)了基于TSPC的低功耗4/5雙模預(yù)分頻器。
　　4、利用SMIC0.18μm1P6M CMOS工藝,實(shí)現(xiàn)了1.

5、8V電源電壓下的LC壓控振蕩器和4/5雙模預(yù)分頻器。芯片實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果為:780/868MHz的LC壓控振蕩器的調(diào)諧范圍為748-946MHz,其總功耗為4.5mW。且該LC壓控振蕩器在典型頻率下測(cè)得其相位噪聲分別為:中心頻率fC1為849.73MHz,Pnoise為-99.02dBc/Hz@1MHz頻偏;中心頻率fC2為784.03MHz,Pnoise為-104.32dBc/Hz@1MHz頻偏。而預(yù)分頻器做在PLL環(huán)路里可以很好地實(shí)現(xiàn)正