基于802．11a标准的5 GHz振荡器设计

0 引言
随着宽带无线通信技术的不断发展和市场的不断扩大，802．11a标准的5 GHz无线射频频段以其数据传输速率快、信号质量好、干扰小等优点得到了越来越广泛的推广；随着CMOS工艺的进步．使其生产出的高集成度、低价、低功耗射频芯片比砷化镓工艺或双极性硅工艺的芯片具有明显的性价比优势，而压控振荡器(VCO)是射频通信系统中非常重要的组成元件之一。它主要应用于锁相环路和频率合成器中来实现精确的参考频率，对通信系统的性能至关重要。本文用先进的0．18μm CMOS工艺设计了一个工作在802．11a标准的振荡器。

l 振荡器原理
振荡器是把直流电流转换为周期变化的电压信号的电路，主要分为环形振荡器和电感电容振荡器。环形振荡器有较大的协调范围，易于集成而且占用面积小，但是环形振荡器的工作频率较低，且相位噪声差，影响了它在射频领域的应用。因为本文所要设计的振荡器频率要达到802．11a标准的5 GHz频段，已经达到射频级别，所以本文采用电感电容振荡器。
1．1 LC振荡器基本原理
最基本的LC振荡器由三部分组成，电感变容管、电感和补偿无源器件损耗的负阻，结构如图1所示。

如果忽略振荡电路的晶体管寄生电容对振荡频率的影响，那么LC振荡器的频率表达式为：

根据公式(1)，改变LC就可以改变振荡器的频率。
1．2 平面螺旋电感
由(1)式可以看出，在射频电路里，电感是最重要的参数。选用高Q值电感可以降低损耗，使振荡器在较小的跨导也可起振，这样就降低了起振的门槛。另外高Q值电感可以降低振荡器的相位噪声。在CMOS工艺中有两种电感可以选择，一种是键合线电感，另外一种是平面螺旋电感。由于图形对称良好的电感可以减少寄生电阻和寄生电容，减小电感消耗的能量，可以提供高Q值，因此本设计采用的是平面螺旋电感。
1．3 变容二极管的选取
CMOS工艺中可以制作两类类型的变容管：变容二极管(JV)和MOS变容二极管。下面分别介绍之。
1．3．1 变容二极管(JV)
变容二极管等效电路如图2所示。

其中Rc代表二极管的串联电阻，它主要是由于N阱材料的电阻率很高而形成的。另外N阱与衬底呈现相当大的电容，用Cn表示。在实际制作过程中可以用N+阱环绕P+阱，那样会使流经电容的电流有四个方向而得到较低的串联电阻值。反偏二极管的电容和电压的关系可用下式表示：