結果數據與討論

45

儀器的量測架構圖如圖 4.14 所示：

圖 4.14. VCO 性能量測架構圖

此為一般常見的量測儀器，除了設計與模擬上的偏移考量外，在外接訊號和量測 的量測線也存在著雜訊，可能會使得電路原本的特性偏移掉，因此在測量的時候 要特別注意將外部的雜訊抑制在合理的範圍內。

表 4.5 預計規格表

應用於 L-Band 之高效能壓控型振盪器

Spec. Pre-simulation Post-simulation

f _o -- 1.27GHz 1.24GHz

RF Frequency -- 0.50~1.66GHz 0.42~1.51GHz

Supply voltage =3.3V 3.3V 3.3V

Phase Noise@1MHz <-100dBc/Hz <-102.15dBc/Hz <-103.3 dBc/Hz

Tuning Range >1GHz 1.16GHz 1.09GHz

Tuning voltage -- 0.7~2V 0.7~2V

Chip Size 0.570  0.565 mm

²

表 4.6 其他參考文獻比較

Ref Ref[1] Ref[2] This work

Process

0.18um 0.18um 0.35um

f _o

1.325~2.150GHz 1.26~2.98GHz 1.4 GHz

Tuning Range

0.825GHz 1.72GHz 1.09 GHz

Phase Noise @1MHz

-86 dBc/Hz -90 dBc/Hz -103.3 dBc/Hz

Power consumption

28mW 44mW 75mW

FOM

- 136.32 - 140.092 -147.47

Chip Area(mm ² )

--- 0.585  0.679 0.570  0.565

47

表 4.6 為本論文的 VCO 性能與其他參考文獻的比較，由比較推斷本論文的 研究在工作頻率以及功率消耗上都還有改進的空間。此電路架構雨參數在工作頻 率的部分受限於 0.35um 製程的限制而只能工作在 1.4GHz，而頻寬也與 Ref[2]

差了 1.7 倍。功率消耗大部分是被主動電感的 PMOS 以及構成交叉耦合對的 NMOS 所消耗掉，尤其是 NMOS 的寬度太寬，導致在電路的最下方還需要加入 一顆作為驅動用的 NMOS 來向下拉電流才可使整個系統正常運作，這些能量損 耗都是可以再作改善的。

第五章

結論與未來展望

因下線資格的關係，本次採用 0.35m 的製程來完成這個電路架構，接下來 會再繼續往 0.18m 製程做規格調整與改進，在此以 0.18m 的參考文獻來當比 較標準，以便接下來在規格調整與設計上有比對依據。

現今 RF 所在使用的頻率已經提高到了 4~5GHz，為了將目前 1GHz 左右的 工作頻帶提高到 5GHz，除了考慮 90nm 的 CMOS 製程，亦可使用 0.18um SiGe BiCMOS 的製程來達成。

在電路設計架構上來看，可將主動電感區塊中 PMOS 的 gate 端可在串接一 個電阻來達到提升品質因子的效果，可以使得的相位雜訊得到更好的壓抑，在交 叉耦合對的區塊中，如果能夠使用更先進的製程技術，則可將 CMOS 的寬度繼 續縮小而得到較低的功率消耗，同時也有機會可以省略掉於電路下方用來下拉電 流確保驅動的驅動 MOS，以達到省電且面積更小的好處。

49

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Jenn-Tzey Yang, Shao-Kang Hsieh and Ping-Jung Tsai, “A Wide Tuning Range Voltage-Controlled Oscillator with Active Inductors for Bluetooth Applications”, ISSN: 1792-4324, ISBN: 978-960-474-208-0

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[13]

高曜煌著，”射頻鎖相迴路IC設計”，滄海書局出版，2005

51

附錄 A.

*.EQUATION

*.SCALE METER

*.MEGA .PARAM

.GLOBAL gnd! vdd!

***.+ gnd!

***.PIN vcc!

***.+ gnd!

*.EQUIV N=NCH

*.EQUIV P=PCH

.SUBCKT AIVCO_15 var1 var2 out1 out2

*.PININFO var1:I var2:I out1:O out2:O RR5 net51 out1 2.8K $[WO]

RR0 net12 out2 2.8K $[WO]

MM13 net24 var2 gnd! gnd! NCH W=200u L=350.00n MM12 out2 out1 net24 gnd! NCH W=200u L=350.00n MM11 out1 var2 gnd! gnd! NCH W=5u L=350.00n MM10 out1 var2 gnd! gnd! NCH W=5u L=350.00n MM4 net60 var1 gnd! gnd! NCH W=7u L=350.00n MM5 out2 var2 gnd! gnd! NCH W=5u L=350.00n MM6 out2 var2 gnd! gnd! NCH W=5u L=350.00n MM7 out1 out2 net24 gnd! NCH W=200u L=350.00n MM8 vdd! net51 net63 gnd! NCH W=67u L=350.00n MM9 net63 var1 gnd! gnd! NCH W=7u L=350.00n MM3 vdd! net12 net60 gnd! NCH W=67u L=350.00n MM2 out1 net63 vdd! vdd! PCH W=170u L=350.00n MM0 out2 net60 vdd! vdd! PCH W=170u L=350.00n .ENDS

** MOSFET 元件編號與圖 3.8 相對應

52

附錄 B.

0

^o

C 的模擬結果：

Tuning Range (GHz) Phase Noise (dBc/MHz)

m2

m3

m2indep(m2)=

plot_vs(freq[1], HB.vc)=1.708E92.000 m3indep(m3)=

plot_vs(freq[1], HB.vc)=4.736E80.700

m1 m1indep(m1)=

plot_vs(pnmx, noisefreq)=-102.259 vc=1.500000

1000000.000

Output Waveform

53

25

^o

C 的模擬結果：

Output Waveform

Tuning Range (GHz) Phase Noise (dBc/MHz)

m2

m3

m2indep(m2)=

plot_vs(freq[1], HB.vc)=1.514E91.900 m3indep(m3)=

plot_vs(freq[1], HB.vc)=4.161E80.700

1000000.000 m1

m1 indep(m1)=

plot_vs(pnmx, noisefreq)=-103.325 vc=1.600000

1000000.000

在文檔中 中 華 大 學 (頁 54-63)