壓控振蕩器的電路仿真

一種超寬帶壓控振蕩器的設計通過 SMIC 55nm CMOS 工藝庫進行了設計，確定了電路的layout 結構和尺寸，并針對典型情況下做了后仿 真及分析，考慮到 foundry 工藝的偏差，設計時在高 頻段和低頻段都留足了裕量。好的設計更要充分 結合前仿真與后仿真的各項指標進行綜合分析及 優化。 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的頻率范圍即為壓控振 蕩器的調諧范圍。調諧范圍通常要考慮系統和工藝 溫度的影響，典型情況的仿真設定條件為 25℃下的 ‘TT’工藝角。 兩個 VCO 核心的頻率控制范圍仿真結果顯示， 當 VCO 核心的 vco_cwords 控制字控制范圍為從 0 到 511 連續變化時，壓控振蕩器的整體輸出的頻率 調諧范圍可以覆蓋從 11.79 GHz 到 25.15GHz。

 同時，針對兩個 vco 核心的每一位 vco_cwords 控制字的仿真結果及數據統計顯示：在每個控制字 下，隨著 Vtune 電壓的變化，都能覆蓋不少于 91.2MHz 的頻率調諧區間，且相鄰控制字之間都能 保證不小于其調諧區間 85%的頻率寬度的交疊。 分別對壓控振蕩器工作在最高頻率和最低頻率 狀態下的相位噪聲進行仿真，結果如表 1 所示。

 極端情況下仿真結果

 壓控振蕩器電路的性能不僅取決于良好的設 計，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。基于對典型情況下做了后仿真及分析， 進一步地，分別對電路進行了 FF 和 SS 工藝角下的 極端情況仿真。整體仿真圖如圖 6 所示。設定條件為 25℃下的 TT 工藝角。 由仿真曲線可見，在設定條件為 -40℃下的 SS 工藝角下，壓控振蕩器的頻率調諧范圍能覆蓋 11.33GHz~25.08GHz，而設定條件為 125℃的 FF 工藝 角下，則可以覆蓋 11.94GHz~25.22GHz 的頻率區間。經過對壓控振蕩器的后仿真的相位噪聲結果對 比，發現在設定條件為 125℃下的 SS 工藝角時相位 噪聲會相對地惡化得較為明顯。

仿真結果與分析

本設計的寬帶壓控振蕩器電路基于 CMOS 工藝 庫進行的設計仿真和版圖設計，版圖 layout 面積為 0.4mm×0.65 mm。通過典型狀態和極端狀態下的仿 真數據對比與分析可以看出，寬帶壓控振蕩器在各 種極端狀態下都能夠覆蓋 12GHz~24GHz 的頻率調 諧帶寬，其中設定條件為 25℃下 TT 工藝角時的典 型情況下的調諧頻率能覆蓋 11.79~25.15GHz 的超 寬 調 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 器引出到了標準 SPI 接口實現可配置，便于調節各 部分電路的工作狀態，以實現更好的相互配合，使整 體電路的作達到最佳性能。