一种新型低压低功耗伪差分环形压控振荡器设计
发布时间:2023-04-11 01:33:40
一种新型低压低功耗伪差分环形压控振荡器设计王镇道;伍锡安;朱小莉【摘要】Anovellow-voltageandlow-dissipationpseudoringvoltage-controlledoscillator(VCOwasproposed,basedoncrosscouplingtechnology.Theschematicincludesthepseudo-differentialringVCOcoreandoutputshapingbuffer.Aninvertercontrolledbytailcurrentsourcewasusedasthedelaycell,whichcomposedthenovellow-voltageandlow-dissipationpseudo-differentialringVCO.Moreover,lineartechnologywasappliedtoimprovethetuninglinearity.UtilizingtheoutputbuffercircuittotrimtheringVCO'swaveform,theproposedcircuitseliminatethelimitationofoutputswingwhichcannotreachtherail-to-railoutputswing.Thecircuitwasdesignedby0.13μmstandardCMOSprocess,andsimulatedbythespectreincadenceunderthesupplyvoltageof1.2V.Thepre-simulationresultsshowthattheVCO'sphasenoiseisonly-100.58dBc/Hz@1MHz,thepowerdissipationis0.92mW,thedesignshowsagoodtuninglinearitybetweenthevoltagerangefrom0.45to1V,thefrequencytuningrangeisfrom0.303to1.63GHz,anditcanalsoworkat1Vsupplyvoltage.%基于交叉耦合技术提出了一种新型低压低功耗伪差分环形压控振荡器(VCO.电路整体包括新型伪差分环形压控振荡器、输出整形缓冲(buffer电路两个部分.在VCO电路中采用了尾电流源控制的反相器为基本延时单元,实现了一种新型低压低功耗伪差分环形振荡器设计,并采用线性化技术改善调节线性度.利用输出buffer对VCO输出波形进行整形,消除了这种结构下输出摆幅受到尾电流源影响而不能达到轨到轨摆幅的限制.基于0.13μm标准CMOS工艺,利用cadence
spectre进行仿真验证,前仿真结果表明在电源电压为1.2V时,该VCO相位噪声为-100.58dBc/Hz@1MHz,功耗为0.92mW,在0.45~1V的电压范围内,频率调谐范围宽达0.303~1.63GHz,具有非常好的调节线性度,在电源电压为1V时仍然能正常工作.【期刊名称】《湖南大学学报(自然科学版)》【年(卷,期】2017(044010【总页数】6页(P117-122【关键词】伪差分;低压低功耗;压控振荡器;相位噪声【作者】王镇道;伍锡安;朱小莉【作者单位】湖南大学物理与微电子科学学院,湖南长沙410082;湖南大学物理与微电子科学学院,湖南长沙410082;湖南大学物理与微电子科学学院,湖南长沙410082【正文语种】中文【中图分类】TN432压控振荡器(VoltageControlledoscillator,VCO逐渐成为无线通讯系统、时钟数据恢复系统和高性能数字系统中的重要部件,在时钟信号产生、频率综合、时钟数据恢复、无线通讯等应用中成为一个不可或缺的核心模块[1],对VCO的深入研究有着十分重大的意义.压控振荡器包括LC-VCO和环形VCO(RingVCO两种类型.其中环形VCO分为单端环形VCO(SingledRingVCO,差分环形VCO(DifferentialRingVCO和伪差分环形VCO(PesudoDifferentialRingVCO[2].LC-VCO具有非常低的相位噪声,成为在射频无线通讯系统中的主流应用
技术,但是LC-VCO需要利用电感元件,在目前集成电路制作工艺中,电感元件的制作与标准CMOS制作工艺兼容难度大,且芯片占用面积大,制作成本高.并且LC-VCO的调谐范围比较小,大大限制了LC-VCO在宽调谐范围产品中的应用.在对相位噪声要求不苛刻的系统和应用中,选择LC-VCO并不是一个非常合适的方案.光纤通讯系统及数模混合系统等的应用中,要求输出信号具有宽的输出范围,因此VCO需要宽调谐范围.环形VCO以其宽调谐范围,高集成度和低制作成本,并且通过合理设计优化也能够在相位噪声性能上做到足够低,以满足应用要求,同时可以实现多相位时钟信号,以及低设计制作成本等优势,环形VCO成为高速光纤通讯系统中时钟数据恢复电路、数模混合电路系统中时钟生成电路中使用广泛的核心模块.单端环形VCO结构简单,但是对电源、衬底及其它应用环境中的共模噪声抑制能力弱,相位噪声性能差;全差分结构具有良好共模噪声抑制能力