VCO的设计

news2024/12/25 9:09:34

理想振荡器只有电感和电容，会一直振荡下去。但是实际的振荡器存在一定的寄生电阻并联在RC两端，会使振幅变小。因此需要RC旁边再并联一个负电阻以此来抵消寄生电阻的影响。一般会选择负阻提供的能量为寄生电阻能量的的2-3倍。如果负阻跟RC并联，那么负阻的阻值要＜2-3倍寄生电阻阻值。如果负阻和RC串联，那么负阻的阻值要＞2-3倍寄生电阻阻值。

下面讲如何通过仿真仿出RC网络寄生电阻和振荡频率的大小。

LC_VCO设计的核心是确定L和C的值。随着L值越大，其功耗也越大，相位噪声越好；C的值越大，相位噪声越小，功耗也越小。一般取f*L=5，先确定频率的值，然后根据频率确定L的值，再根据下式确定C的值。

$f=\frac{1}{2\pi \sqrt{LC}}$

取L为1nH，C为440fF，通过上式计算理论值为7.59GHZ

ADE仿真后，result-direct plot-main form，如下图，点击Z11

仿真结果f=7.66GHZ与理论结果差不多,寄生电阻为2.23KΩ

仿真电感值和Q值

$Q=\frac{L\omega }{R}$

$Z=R+jX$

$R=real\left ( Z \right )$

$L=\frac{imag\left ( Z \right )}{2\pi f}$

$Q=\frac{imag\left ( Z \right )}{real\left ( Z \right )}$

imag(Z)代表虚部，real(Z)代表实部。

仿真方法

上面右图imag为虚部，real为实部。计算公式如下图，xval函数为取横坐标

电感自谐振频率仿真

在电感上并联一个ac电流源仿ac仿真查看dB20

最常见的LC振荡器有两种：一种是带尾电流源的结构，一种是去掉尾电流源的结构。两种结构各有优缺点。带尾电流源的结构的LC振荡器，其功耗相对好控制，但其尾电流源的闪烁噪声，会通过差分对管的混频特性上变频变成相位噪声。解决的办法，通常是在尾电流源并联一个大电容，相当于提供一个低通滤波器的作用，电容大小的选取，要使低通滤波器的截止频率位于基波频率 $\omega _{0 }$ 和2 $\omega _{0}$ 之间。去掉尾电流源的结构，可以有效的克服尾电流源产生的相位噪声，但其缺点是降低了输出节点的阻抗。当差分信号相差大于一个 $V_{th}$ 时，两个MOS管必然有一个进入线性区，使得差分信号有了一个到地的低阻抗通路存在，这样就会消耗电感电容振荡回路的Q值，从而恶化相位噪声。但在低压工艺下，我们一般选取没有尾电流的电路结构，因为信号的摆幅对相位噪声影响特别明显。