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螺旋电感 使电感上能量损耗的三个机制： 螺旋电阻的串联 寄生电容和衬底电阻 衬底的磁感应电流 螺旋电感 螺旋电感 特性描述 正因为这些模型都存在着误差，所以有必要制造和描述出单调电感，并用这个结果更改模型，是其变得更好，更精确。 测量电感Q的方法： 螺旋电感 几何模型的选择 螺旋电感 几何模型的选择 螺旋电感 MOS晶体管 因为亚0.1微米工艺的出现，MOSFET的模型在模拟和高频设计中承受了巨大的挑战。 BSIM模型在锁相系统中设计中有着很高的精度，但是在热噪声和闪光噪声方面表现不是特别好。然而这个问题在预测振荡器相位噪声方面至关重要。 沟道电阻引起的热噪声受源漏电流源影响，其谱线密度公式为： 一些MOS模型缺少一个精确的γ参数，所以一般会在模拟时设定一个偏高的γ值。 闪光噪声参数经常通过测量得到 环形振荡器 尽管环形振荡器有相对较高的噪声，较差的驱动能力，但环形振荡器仍然非常通用，原因有以下几点： 有较宽的频带 集成后比LC振荡器面积小 通过标准MOS模型得到较合理准确的预测 环形振荡器 环形振荡器 环形振荡器 衬底噪声形成的两种机制 LC振荡器 LC振荡器相对于环形振荡器的优点： 低相位噪声（在同一频率和能量消耗下）。 更大的输出电压摆幅，有时峰值电压能超过电源电压。 能够产生更高的频率 LC振荡器 LC VCO设计要求精密器件和电路模型的原因： 需要准确预测中心频率 相位噪声受电容，电感和晶体管噪声的影响 螺旋电感占据很大的面积，不能集成在一个单芯片上 LC振荡器 设计例子一般流程 LC振荡器 LC振荡器 LC VCO的调谐范围必须非常宽原因有一下几点： 工艺变异和温度变化 模型的非精确性带来的不确定因素 所需要的有效频率带宽 LC振荡器 数字调谐： 数字调谐机制可以对频率进行粗调，使在更小的范围内进行微调。 LC振荡器 引入粗调需要解决的三个问题 从权衡ＭＯＳ开关的开启电阻和结电容转换为，权衡Ｑ值和调谐范围。 盲区 回路设置速度 LC振荡器 故离散阶数要足够小 锁相系统的器件和电路 Topics MOS变容二极管 螺旋电感 提高Q和自激振荡频率的几何模型 环形振荡器拓扑结构 LC振荡器设计过程  MOS变容二极管 限制 pn结电容的动态范围的两个因素： 1.在反向偏压时的电容的弱依赖性。例： m 0.3 2.正向偏压时电压控制范围较窄（这点是变容二极管必须避免的）。 使用pn结二极管的LC振荡器 设计时希望节点X,Y处的电压摆幅最大化，这样可以使相位噪声最小化，同时减轻了后续VCO的设计级数。 另一方面，为了避免二极管的正偏， 必须维持在 V以上。则每个节点的峰峰摆幅被限制在0.8V。 注意：二极管的阴极在X,Y处也引入了n阱衬底电容，进一步抑制了调谐的范围。 MOS变容二极管 与pn结二极管相反，MOS二极管不受正偏压影响并且有一个较宽的电容动态变化范围 但该C-V特性曲线非单调且由较高的沟道电阻。 简单MOS管做成的二极管 MOS变容二极管 为了解决这个问题，我们引入了“积聚型”MOS二极管“。 将NMOS管置于n阱，当栅电压变的越来越负时，n阱在氧化层下消耗移动电荷。 则 （氧化层电容和耗尽区电容串联的等效电容）的变化规律如上图。 注意到，如果正向电压很大的时候， 的值接近氧化层电容。 n阱 D,S都为欧姆接触 MOS变容二极管 设计MOS二极管时，必须注意以下两个方面： 在动态范围和沟道电阻之间需要权衡考虑 选用合适的模拟电路模型 MOS变容二极管 动态范围 在典型的0.13μm工艺中，晶体管都有最小沟道长度， 。其中重叠 容为0.4 fF/μm,沟道电容为 12 fF/ 。 若给定沟道宽度，则可以算出重叠电容占总电容的百分比。 重叠电容百分比 在允许电压范围内，沟道受到一些因素影响，则其总的电容动态变化的范围比为 MOS变容二极管 动态范围 为了拓宽二极管的动态范围，可以增加晶体管的长度。 这样做提升了电压灵敏度同时保持重叠电容的值相对不变。 但是这样的改进，导致了源漏之间更高的电阻，降低了Q的值。 如右图，当栅源反向电压达到最大值时，电阻也达到最大值，此时耗尽区的宽度也达到最大。 注意：总的等效电阻与二极管串联时是漏源电阻的1/12。 综合考虑相位噪声和Q值，二极管的长度会