张 正张延华温晓伟那伟聪

(北京工业大学信息学部，北京 100124)

随着无线通信技术的快速发展，对收发机射频前端的综合性能要求越来越高，这就需要其中的压控振荡器(Voltage Controlled Oscillator，VCO)模块具有较宽的振荡频率调谐范围、较低的相位噪声和较低的功耗等综合性能。但是这些性能指标是相互制约的，往往采用优值(Figure-Of-Merit，FOM)[1]来衡量VCO 的综合性能，值越大，表示综合性能越好。当前，对具有高FOM 值的VCO 的研究成为一个热点[2-4]。Wu C H 等人[2]基于CMOS 工艺设计了一款VCO，采用寄生电容抵消型负阻结构去改善相位噪声，最低相位噪声为-116 dBc/Hz，功耗为3.92 mW，但只通过可变电容对振荡频率进行调谐，调谐手段单一，调谐范围仅为24%。考虑到相位噪声、功耗、调谐范围这些性能指标后，其FOM 值为-182 dBc/Hz。Jung J 等人[3]基于CMOS 工艺实现了一款VCO，采用了平行交叉耦合对负阻结构，降低了负阻中NMOS 晶体管的跨导，可使VCO 用更小的电源电压来驱动，进而降低了功耗，为1.2 mW，相位噪声为-117 dBc/Hz，但其调谐范围仅有28.5%，该VCO 的FOM 值为-190 dBc/Hz。Kanar T 等人[4]基于CMOS 工艺设计了一款VCO，将三对折叠式Cascode结构交叉耦合到一起，实现了较大的调谐范围，可达153%，相位噪声为-112 dBc/Hz，但该VCO 直流工作电路较多，功耗过高，达120 mW，该VCO 的FOM值较低，仅为-95 dBc/Hz。可以看出对于这些VCO，在相位噪声、调谐范围、功耗这些性能指标之间难以有一个良好的折衷，导致FOM 值不高。

因此，针对上述问题，开展基于高电感值、宽调谐范围、高Q值的宽频带新型有源电感(THQAI)的VCO 的研究，并用于VCO 的谐振回路中，利用新型THQAI 的高性能，分别改善VCO 的频率调谐范围和降低相位噪声，同时采用电流复用的负阻电路结构来降低功耗。……