壓控振蕩器的電路仿真

一種超寬帶壓控振蕩器的設(shè)計(jì)通過 SMIC 55nm CMOS 工藝庫(kù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，確定了電路的layout 結(jié)構(gòu)和尺寸，并針對(duì)典型情況下做了后仿 真及分析，考慮到 foundry 工藝的偏差，設(shè)計(jì)時(shí)在高 頻段和低頻段都留足了裕量。好的設(shè)計(jì)更要充分 結(jié)合前仿真與后仿真的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行綜合分析及 優(yōu)化。 整體仿真圖如圖 6 所示，電路的供電電壓 Vdd 為 1.2V。

典型情況下的仿真

壓控振蕩器的輸出信號(hào)的頻率范圍即為壓控振 蕩器的調(diào)諧范圍。調(diào)諧范圍通常要考慮系統(tǒng)和工藝 溫度的影響，典型情況的仿真設(shè)定條件為 25℃下的 ‘TT’工藝角。 兩個(gè) VCO 核心的頻率控制范圍仿真結(jié)果顯示， 當(dāng) VCO 核心的 vco_cwords 控制字控制范圍為從 0 到 511 連續(xù)變化時(shí)，壓控振蕩器的整體輸出的頻率 調(diào)諧范圍可以覆蓋從 11.79 GHz 到 25.15GHz。

 同時(shí)，針對(duì)兩個(gè) vco 核心的每一位 vco_cwords 控制字的仿真結(jié)果及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示：在每個(gè)控制字 下，隨著 Vtune 電壓的變化，都能覆蓋不少于 91.2MHz 的頻率調(diào)諧區(qū)間，且相鄰控制字之間都能 保證不小于其調(diào)諧區(qū)間 85%的頻率寬度的交疊。 分別對(duì)壓控振蕩器工作在最高頻率和最低頻率 狀態(tài)下的相位噪聲進(jìn)行仿真，結(jié)果如表 1 所示。

 極端情況下仿真結(jié)果

 壓控振蕩器電路的性能不僅取決于良好的設(shè) 計(jì)，更依賴于充分考慮工藝偏差及工作溫度等因素 的共同影響。基于對(duì)典型情況下做了后仿真及分析， 進(jìn)一步地，分別對(duì)電路進(jìn)行了 FF 和 SS 工藝角下的 極端情況仿真。整體仿真圖如圖 6 所示。設(shè)定條件為 25℃下的 TT 工藝角。 由仿真曲線可見，在設(shè)定條件為 -40℃下的 SS 工藝角下，壓控振蕩器的頻率調(diào)諧范圍能覆蓋 11.33GHz~25.08GHz，而設(shè)定條件為 125℃的 FF 工藝 角下，則可以覆蓋 11.94GHz~25.22GHz 的頻率區(qū)間。經(jīng)過對(duì)壓控振蕩器的后仿真的相位噪聲結(jié)果對(duì) 比，發(fā)現(xiàn)在設(shè)定條件為 125℃下的 SS 工藝角時(shí)相位 噪聲會(huì)相對(duì)地惡化得較為明顯。

仿真結(jié)果與分析

本設(shè)計(jì)的寬帶壓控振蕩器電路基于 CMOS 工藝 庫(kù)進(jìn)行的設(shè)計(jì)仿真和版圖設(shè)計(jì)，版圖 layout 面積為 0.4mm×0.65 mm。通過典型狀態(tài)和極端狀態(tài)下的仿 真數(shù)據(jù)對(duì)比與分析可以看出，寬帶壓控振蕩器在各 種極端狀態(tài)下都能夠覆蓋 12GHz~24GHz 的頻率調(diào) 諧帶寬，其中設(shè)定條件為 25℃下 TT 工藝角時(shí)的典 型情況下的調(diào)諧頻率能覆蓋 11.79~25.15GHz 的超 寬 調(diào) 諧 范 圍 ， 典 型 電 路 總 功 耗 [12] 為 低 至 31.2mW，24GHz 相位噪聲后仿真結(jié)果為 -99.785dBc /Hz@1MHz offset。 電 路 中 的 VCO_CORE、VCO_ VTUNE_BIAS、VCO_BUF_IBIAS、LOOP_SW、VCO_ CWORDS_MUX 以及 VCO_BUF 等模塊都通過寄存 器引出到了標(biāo)準(zhǔn) SPI 接口實(shí)現(xiàn)可配置，便于調(diào)節(jié)各 部分電路的工作狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)更好的相互配合，使整 體電路的作達(dá)到最佳性能。