5-1 預估結果
5-1-1 預估接上 Balun 的結果
當模擬時若沒有作全盤的考量，則量測到的輸出結果可能會與模擬 結果有所誤差，在此考量了外加元件的影響，如 Balun 的影響，所以把 Balun 的參數也考量入模擬中，電路如圖 5.1 所示，而圖 5.1 為 VCO 輸 出端接上 Balun 的電路示意圖；當考量了實際 Balun 參數，則在輸出結 果，如輸出功率、調變頻率、相位雜訊等方面必定會有一定程度的改變。
圖 5.1 VCO 輸出接實際 Balun 示意圖
在此所使用的 Balun 為璟德電子公司生產的 BL2012-10B5250，此 Balun 為一顆 3-port 的 Balun，如圖 5.2 所示；而 VCO 的輸出端接 Balun 的第 3、4 腳位，另外由 1 腳位輸出至量測儀器中。
圖 5.2 實際 Balun 示意圖
當 VCO 接上了穩壓電路和 Balun 以及外在的 Cable 線等等，在此預 估其 power 必定會下降，且在固定的 Vtune 下頻率也會改變，經過模擬 在 5.20GHz 時，其 power 大約在 3.697dBm 左右，而 phase noise 在 1MHz offset 處為-111dBc 左右，電路特性如表 5-1 所示。
State Simulation (TT) 單位 UNITS
Oscilator Freq Range 5.0~5.327 GHz
Phase Noise@1MHz -111.2 dBc
Tuning Voltage 0.3~1.7 Vdc
Tuning Sensitivity 222 MHz/V
Output Power 3.697 dBm
Pushing 226 MHz/V
Pulling 2.0:1 VSWR 2 MHz
Power Supply Requirements
Supply Voltage(Vdd,typ.) 1.7 Vdc
Supply Current(Idd,typ.) 13.5 mA
Power consumption(without buffer)
4.25 mW
Power consumption 22.9 mW
表 5-1 預估電路特性列表
由表 5-1 可看出 VCO 的輸出功率有降低的趨向，且可調變的頻率有 稍微上升，當 Vtune=1.7V 時，由原本的 5.323GHz 上升到 5.327GHz，
上升了約 4MHz 左右；而在相位雜訊方面，並沒有大幅改變，依舊維持 1MHz offset 處為-111dBc 附近；不過當量測實際 IC 時可能會有所差異，
所以在輸出功率、調變頻率、與相位雜訊等方面可能都還要再做修正，
因此量測到的輸出功率或許會在 3dBm 以下，且相位雜訊可能會增加到 -100 dBc 以上，頻率方面也會有所偏移。
5-1-2 預估量測單端的結果
量測時也可以考慮單端量測，即只量測 VCO 的一端輸出，而另一端 則接上 50? 的 Terminal，因是量測單端，所以在輸出功率方面，在兩端 接上 Balun 的輸出功率便會較大，但在量測單端輸出時，因不需要使用 Balun，所以量測方面較為簡便，電路示意圖如圖 5.3 所示
圖 5.3 VCO 單端量測電路示意圖
在此將 chip 放置於 FR4 板上，所以當 chip 打上 bond-wire 後便接上 50? 的傳輸線，之後再接上頻譜分析儀作量測，在此使用的板厚(H)為 21.7mil、介電係數(Er)約為 4.2，金屬厚度(T)則約為 1.4mil 左右，詳細 如圖 5.4 所示，圖 5.4 為 VCO 單端輸出示意圖，
MLIN TL
Subst="MSub1"
MSUB MSub1
Rough=0 mil TanD=0.018 T=1.4 mil Hu=3.9e+034 mil Cond=1.0E+50 Mur=1
Er=4.2 H=21.7 mil
MSub
圖 5.4 VCO 單端輸出示意圖
此處是模擬 VCO 的單端輸出，且考慮了外在的影響，因為是量測單 端，所以預估其 power 必定會低於接上 Balun 時的輸出功率的，即是一 定低於 3.6dBm以下，經模擬後在 5.20GHz時，其 power大約在 0.859dBm 左右，而 phase noise 在 1MHz offset 處則相差不大，皆在-111dBc 左右，
電路特性如表 5-1 所示。
State Simulation (TT) 單位 UNITS
Oscilator Freq Range 5.0~5.328 GHz
Phase Noise@1MHz -111.394 dBc
Tuning Voltage 0.3~1.7 Vdc
Tuning Sensitivity 222 MHz/V
Output Power 0.859 dBm
Pushing 223 MHz/V
Pulling 2.0:1 VSWR 1 MHz
Power Supply Requirements
Supply Voltage(Vdd,typ.) 1.7 Vdc
Supply Current(Idd,typ.) 13.5 mA
Power consumption(without buffer)
4.25 mW
Power consumption 22.9 mW
表 5-2 預估電路特性列表
由表 5-2 可看出量測單端 VCO 的輸出功率只有 0.859dBm，與使用 Balun 時差了 2.838dBm，而在頻率方面則是沒有太大的變動，依舊維持 在原先的頻率範圍；至於相位雜訊在 1MHz offset 處為-111dBc 附近，並 沒有大幅改變；但當實際量測時可能會有一些外在影響，所以在輸出功 率、調變頻率、與相位雜訊等方面都可能還會有所變動，意即量測到的 輸出功率理當會在 0.859dBm 之下，且相位雜訊有增加到-100 dBc 以上 的可能，頻率也會有所偏移。
5-2 晶片量測
論文中的 VCO 是 differential 輸出的，預計使用 on board 方式量測，
因此我們使用一個 Balun 來使 differential 訊號轉成 single-ended 訊號以方 便量測；在此所使用的 Balun 為 ACXC_璟德電子公司所生產的 BL2012 系列，規格如下所示：
為了避免所提供的電壓浮動造成量測不易，和來自電源或外界 Noise 干擾 VCO 內部正常工作，所以我們預計使用 National Semiconductor 所 生產的 LM317 來製作穩壓電路。在此我們製作兩組穩壓電路，一組供給 Vdd，另一組供給 Vtune 電壓，希望可以使電壓穩定且 Noise 影響 VCO 最小；此外我們把 VCO 置於 FR4板上量測，所以預計由 CHIP 打 bond wire 到 FR4 板上，再利用傳輸線連接 Balun 和 SMA 接頭，再外接 Cable 到頻 譜分析儀上量測，量測示意圖如圖 5.5 所示：
Vdd
Vtune
SMA接頭 50歐姆TL
50歐姆TL Cable
Vout+
Vout-ACXC-Balun
Spectrum
FR4板
圖 5.5 VCO 量測示意圖
圖 5.6 為 VCO 單端量測圖，一端輸出接 50? 的 Terminal，另一端 則使用傳輸線接至 SMA 接頭，而 SMA 接頭外則接 cable 線，再將 cable 線連接至頻譜分析儀中量測。
Vdd
SMA接頭
50歐姆TL 50歐姆TL Cable
Vout+
Vout-Spectrum
FR4板
Vtune
DC Power Supply
DC Power Supply 50歐姆
Terminal
圖 5.6 VCO 單端量測圖
5-3 晶片 Layout 圖
本論文所使用的是 TSMC 0.18um CMOS 的製程，使用的 Layout 軟 體為 Cadence 公司的 Virtuso，晶片的尺寸為：1.059650mm * 1.252619mm
= 1.327(mm2)。
圖 5.7 為 VCO 的 Layout 圖，上方為供應電壓 Vdd，下方則是 Tuning 電壓 Vtune，左右兩端為 VCO 的輸出訊號端。
圖 5.7 VCO IC Layout 圖