CMOS模拟集成电路设计ch振荡器实用.pptx

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1、2023/2/211提纲1、概述2、环形振荡器3、LC振荡器4、压控振荡器5、VCO的数学模型第1页/共23页2023/2/2121、概述振荡条件负反馈系统负反馈系统巴克豪森准则巴克豪森准则第2页/共23页2023/2/2132、环形振荡器环形振荡器起振单极点负反馈系统相移：单极点负反馈系统相移：max 270 max 270 双极点负反馈系统相移：双极点负反馈系统相移：360360三极点负反馈系统相移三极点负反馈系统相移环路增益环路增益A A0 02 2第3页/共23页2023/2/214振幅限制三级环形振荡器的三级环形振荡器的闭环闭环增益增益分母分母第4页/共23页2023/2/215振幅

2、限制（续）三级环形振荡器中，三级环形振荡器中，A A0 0不同时，极点情况不同时，极点情况不起振不起振振荡振荡振荡，振荡，实，实际上电路经历非际上电路经历非线性，最终达到线性，最终达到“饱和饱和”当当A A0 022时，时，第5页/共23页2023/2/216反相器构成的环形振荡器大信号工作大信号工作X X跳变跳变Y Y跳变跳变Z Z跳变跳变1 1个个T TD D1 1个个T TD D1 1个个T TD D振荡周期振荡周期2NT2NTD D6T6TD D第6页/共23页2023/2/2173、LC振荡器3.1 LC振荡回路理想（无损）并联理想（无损）并联LCLC回路回路实际（有损）并联实际（有

3、损）并联LCLC回路含电阻成份回路含电阻成份品质因数品质因数阻抗阻抗第7页/共23页2023/2/2183.1 LC振荡回路（续）串联串联并联并联在较窄的频率范围内在较窄的频率范围内Z ZS SZ ZP P得到得到谐振频率谐振频率第8页/共23页2023/2/2193.2“调谐”电路LCLC回路作负载回路作负载谐振时，谐振时，接成反馈形式，谐振时，总相移接成反馈形式，谐振时，总相移等于等于180180，所以不能振荡，所以不能振荡第9页/共23页2023/2/21103.3 交叉耦合振荡器谐振时，总相移为谐振时，总相移为0 0起振条件：起振条件：第10页/共23页2023/2/21114、压控振

4、荡器定义 中心频率中心频率 调节范围调节范围2 2 1 1 调节线性度调节线性度 输出摆幅输出摆幅 功耗功耗 电源与共模抑制电源与共模抑制 输出信号纯度：输出信号纯度：信号抖动（信号抖动（JitterJitter）;相位噪声相位噪声第11页/共23页2023/2/21124.1 环形振荡器调节 改变负载改变负载每一级中，每一级中，MM3 3MM4 4处于线性处于线性区（三极管区），由区（三极管区），由V Vcontcont控控制制缺点：输出摆幅在调节范围内缺点：输出摆幅在调节范围内变化大变化大 改变电流源改变电流源固定负载管的固定负载管的V VDSDS，保证输出，保证输出摆幅（摆幅（I ISS

5、SSR Ronon）：）：M5M5工作在工作在线性区，通过线性区，通过A1A1反馈固定反馈固定V VDSDS，M3M3和和M4M4跟随跟随M5M5的导通电的导通电阻。阻。控制控制I ISSSS改变振荡频率改变振荡频率第12页/共23页2023/2/21134.1 环形振荡器调节（续）正反馈引起的延时变化正反馈引起的延时变化-2/g-2/gmm半边电路等效：半边电路等效：I I1 1|-1/g|-1/gm3,4m3,4|（-1/g-1/gm3,4m3,4）|R|R1,21,2=R/(1-g=R/(1-gm3,4m3,4R)R)f fosc osc 缺点：缺点：R R1 1R R2 2上的电流在控

6、制过程上的电流在控制过程中会发生变化，输出摆幅在调节中会发生变化，输出摆幅在调节范围内变化范围内变化半边等效第13页/共23页2023/2/21144.1 环形振荡器调节（续）正反馈引起的延时变化（续）正反馈引起的延时变化（续）利用差动对，使利用差动对，使I IT T=I=ISSSS+I+I1 1，保证输出振幅为保证输出振幅为2R2R1,21,2I IT T为了避免为了避免MM1 1MM2 2没有电流通没有电流通过，在过，在P P点增加一个小恒流点增加一个小恒流源源I IH H，以避免因此造成振，以避免因此造成振荡停止。荡停止。缺点：消耗了额外的电压余度缺点：消耗了额外的电压余度第14页/共2

7、3页2023/2/21154.1 环形振荡器调节（续）正反馈引起的延时变化（续）正反馈引起的延时变化（续）为了避免消耗了额外的电压余度，为了避免消耗了额外的电压余度，采用电流折叠结构采用电流折叠结构第15页/共23页2023/2/21164.1 环形振荡器调节（续）插值法改变延迟插值法改变延迟快路径导通，慢路径关断，产生最大振荡快路径导通，慢路径关断，产生最大振荡频率；频率；快路径关断，慢路径导通，产生最小振荡快路径关断，慢路径导通，产生最小振荡频率；频率；VcontVcont落在两极中间时，产生中间振荡频率。落在两极中间时，产生中间振荡频率。第16页/共23页2023/2/21174.1 环

8、形振荡器调节（续）插值法改变延迟（续）插值法改变延迟（续）第17页/共23页2023/2/21184.2 LC振荡器的调节反偏反偏pnpn结可以当作变容二极管结可以当作变容二极管保证变容二极管反偏或正偏较弱保证变容二极管反偏或正偏较弱第18页/共23页2023/2/21194.2 LC振荡器的调节（续）变容二极管变容二极管N N阱与衬底的电容阱与衬底的电容减小串连电阻减小串连电阻第19页/共23页2023/2/21204.2 LC振荡器的调节（续）变容二极管变容二极管消除消除N N阱与衬底的电容的影响阱与衬底的电容的影响采用采用PMOSPMOS器件电路器件电路第20页/共23页2023/2/21215、VCO的数学模型相位与频率第21页/共23页2023/2/2122VCO剩余相位剩余相位积分器的传输函数积分器的传输函数第22页/共23页2023/2/2123感谢您的欣赏！第23页/共23页