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1、CMOS模拟集成电路实训模拟集成电路实训之电压基准的设计之电压基准的设计东南大学集成电路学院东南大学集成电路学院IC实验室实验室xuemingwei_内容内容振荡器振荡器的基本原理的基本原理常用常用环形振荡器电路环形振荡器电路结构结构电阻调节法电阻调节法尾电流调节法尾电流调节法插值法插值法电路仿真实例电路仿真实例1.概述概述振荡器分类振荡器分类振荡器工作原理振荡器工作原理双端双端负负反反馈馈分析法分析法“巴克豪森巴克豪森”准准则则:环形振荡器环形振荡器的基本原理的基本原理N级环级环形振形振荡荡器振器振荡荡的必要条件的必要条件为为：奇数级 N=2k+1，k1偶数级 N=2(k+2)，k1N的取的
2、取值值一般一般为为3-5之之间间。振荡频率振荡频率：环形振荡器示意图：环形振荡器示意图：延时环节示意图：延时环节示意图：性能参数性能参数(1)中心中心频频率率(2)调谐调谐范范围围(3)调谐调谐增益增益(4)调节线调节线性度性度(5)输输出振幅出振幅(6)相位噪声相位噪声(7)功耗功耗：较大的增益可获得更大的调谐范围，对噪声的响应也越剧烈。：调谐增益KVCO的大小会影响整个环路的带宽和相位裕度。：中心频率为频率调节范围的中心值，由VCO的使用环境决定。：VCO输出频率的可调节范围。：高振幅能使输出波形对噪声不敏感，也会增大功耗。：与相位噪声、输出电压幅度、工作频率等密切相关。：用距离中心频率某
3、频率处单位带宽内噪声功率密度与中心频率的功率的比值表示。内容内容振荡器振荡器的基本原理的基本原理常用常用环形振荡器电路环形振荡器电路结构结构电阻调节法电阻调节法尾电流调节法尾电流调节法插值法插值法电路仿真实例电路仿真实例 常用常用环形压控振荡器方案环形压控振荡器方案 环环形形压压控控振振荡荡器器是是通通过过改改变变延延时时单单元元的的延延时时时时间间来来实实现现频频率率的的可可调调，目目前前有有3种种基基本本方方法法可可改改变变延时时间：延时时间：（1）电阻调节法电阻调节法；（2）尾电流调节法尾电流调节法；（3）插值法。插值法。内容内容振荡器振荡器的基本原理的基本原理常用常用环形振荡器电路环形
4、振荡器电路结构结构电阻调节法电阻调节法尾电流调节法尾电流调节法插值法插值法电路仿真实例电路仿真实例电阻调节法电阻调节法输输出出时间时间常数常数为为：M3、M4是一个由控制是一个由控制电压电压Vcont控制的可控制的可变电变电阻阻，等效阻，等效阻值为值为：振振荡频荡频率率为为：内容内容振荡器振荡器的基本原理的基本原理常用常用环形振荡器电路环形振荡器电路结构结构电阻调节法电阻调节法尾电流调节法尾电流调节法插值法插值法电路仿真实例电路仿真实例尾电流调节法尾电流调节法 假定某一级延时单元在前一级差分电压为0时开始切换，因此每一级的延时也定义为差分输出电压再转换到摆幅VSW的中点时总的变化量除以差分转换
5、速率ISS/CL，即每一级的延时为CLVSW/ISS。故N级差分环形振荡器的振荡频率为内容内容振荡器振荡器的基本原理的基本原理常用常用环形振荡器电路环形振荡器电路结构结构电阻调节法电阻调节法尾电流调节法尾电流调节法插值法插值法电路仿真实例电路仿真实例插值法插值法 每一级电路由一单级延时通道和一多级延时通道组成，多级可以是2级以上至N级，两个通道的输出取加权，它们的增益大小由控制电压Vcont来调节，Vcont的大小控制环路延时的大小。插值法插值法 一般情况下，多级延时通道的延时单元的N取2至5，N太大的话延时单元结构过于复杂，功耗会过大，太少了起不到增加延时的作用，电路的频率调控范围过小。尾电
6、流调节法尾电流调节法电路实现电路实现宽输宽输出出摆摆幅幅延延时环节时环节结结构构尾电流调节法尾电流调节法电路实现电路实现控制控制电电路路结结构构VC恒定时，等效电阻为线性电阻，总电流I与控制电压Vcont成正比，具有良好的线性关系。内容内容振荡器振荡器的基本原理的基本原理常用常用环形振荡器电路环形振荡器电路结构结构电阻调节法电阻调节法尾电流调节法尾电流调节法插值法插值法电路仿真实例电路仿真实例环形压控振荡器环形压控振荡器的设计的设计与仿真与仿真仿真仿真内容内容在在tran仿真仿真环环境下境下 1.仿振仿振荡荡器振器振荡荡波形；波形；2.仿振仿振荡荡器器动态动态功耗。功耗。在在pss和和pnoi
7、se仿真仿真环环境下境下 1.仿仿压压控控频频率特性曲率特性曲线线；2.仿相位噪声曲仿相位噪声曲线线。Tran仿真仿真仿真时间：仿真时间：2us；最大步长：；最大步长：100p。Tran仿真仿真振荡器输出电压波形振荡器输出电压波形Tran仿真仿真振荡器瞬态电流波形振荡器瞬态电流波形Tran仿真仿真计算振荡器瞬态电流平均值计算振荡器瞬态电流平均值PSS与与PNOISE仿真仿真PSS仿真仿真参数参数设设置置PSS仿真仿真SWEEP设设置置PSS仿真仿真PSS仿真仿真结结果果查查看看PSS仿真仿真PSS仿真仿真结结果果查查看看PSS仿真仿真压压控控频频率特性曲率特性曲线线 横横轴为轴为控制控制电压电压，纵轴为输纵轴为输出出频频率。率。谐调谐调增益可由增益可由cacular工具工具计计算得到。算得到。PNOISE仿真仿真参数参数设设置置PNOISE仿真仿真PNOISE仿真仿真结结果果查查看看PNOISE仿真仿真PNOISE仿真仿真结结果果查查看看PNOISE仿真仿真相位噪声特性曲相位噪声特性曲线线
CMOS模拟集成电路实训之电压基准的设计
