学 院 电子工程学院 专 业 集成电路设计与集成系统 姓 名 刘博 学 号 20133942 报告日期 2017年 11 月30 日 论文（设计）题目 基于CMOS工艺的震荡电路设计 指导教师 邱成军 论文（设计）起止时间 年 月 日至 年 月 日（共 周） 一、论文（设计）研究背景与意义 射频和通信是现代通信工程的重要技术，也是相关集成电路设计的重要领域，在射频和微波通信技术中，震荡器的设计是核心技术之一。压控振荡器即输入频率与输入控制电压有对应关系的振荡电路。它是时钟生成模块的核心组成部分，几乎是所有模块系统和混合信号系统中必备的电路模块。从纷繁的通信协议、接口协议，到单纯的CPU内部精准时钟，压控振荡器的结构及具体设计方法会随应用的不同而有不同侧重。 压控振荡器具有成本低、体积小重量轻、功耗小、可靠性高等优越性能、所以人们从未停止对压控振荡器的研究，从早期的真空管时代到后期的晶体管时代，不管是理论、电路结构、性能、体积还是制作成本上都取得了飞跃性的进展。近年来，由于对电子设备的高要求和基础部件的不可替代性，人们越来越重视压控振荡器的研究。 目前，压控振荡器主要采取的两种实现形式是环形压控振荡器和电感电容压控振荡器，近IL十年的研究者们一直围绕这两种实现形式进行了大量的探索和研究。 RING-VCO—环形压控振荡器可以采用纯数字CMOS工艺来实现，不需要电感元件，因此可以节省大量的芯片面积，从而实现低成本的压控振荡器;而且这种振荡器可以实现很宽的调谐范围，振幅比较大，因此在时钟类型的应用以及低频或者中频通信系统中得到广泛应用。但是环形压控振荡器具有较强的开关非线性效应，其噪声性能普遍较差，同时功耗偏高，这些缺点限制了它在通信系统中的应用； LC-VCO一电感电容振荡器，适合高频通信系统中应用。虽然LC振荡器拥有优良的相位噪声特性和较高的频率稳定度，温度和电源电压对它的影响较小，但其需要的无源器件必须拥有较高品质因素，而因其使用电感元器件也大大增加了电路面积，并且不能实现较宽的调节频率范围。
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二、论文（设计）的主要内容 采用0.18um CMOS工艺，利用集成电路EDA设计工具cadence进行电路设计、仿真、版图设计 1、 环形压控振荡器基本结构及工作原理； 2、 环形压控振荡器电路结构选定； 3、 按照电路结构进行理论计算、仿真分析、得出实际参数指标； 4、按最终得出参数绘制版图并进行验证。 三、论文（设计）的工作原理及重点、难点 工作原理： 1、采用四级差分形式的延迟单元级联构成差分环形压控振荡器，输出信号交叉返回到输入端。提高压控振荡器电路对噪声的抑制能力，减弱信号的共模干扰，保证压控振荡器输出信号不受芯片内部其他电路的影响，同时降低功耗。 2、采用直流负反馈的思想设计成复制偏置电路，实现延迟单元中负载阻抗与漏电流的同时调节，从而保证环形压控振荡器的输出具有相对恒定的振荡幅度、频谱纯度较高的正弦波形，降低由振荡幅度波动引起的相位噪声，减弱由温度、湿度、工艺变化等因素引入的偏差。 3、采用内部带有正反馈功能的迟滞比较器作为环形压控振荡器的输出级降低因噪声干扰引起的比较器的误判决，保证输出波形拥有对称的上升沿与下降沿，提高相位噪声的抑制能力，同时增大环形压控振荡器带负载能力。 电路结构： 延迟单元
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偏置电路： 输出缓冲器： 重点： 电路模块的详细设计与仿真验证。以振荡器的相关性能为出发点，对延迟单元电路结构进行论证分析，同时针对课题的指标要求完成延迟单元电路的设一计，并给出频率调节范围、相位噪声性能在理论上的预测结果。然后对延迟单元之外的电路进行模块化的设计，包括复制偏置电路、输出缓冲器电路等。 难点： 换型振荡电路的调节范围、调节线性度、输出振幅、功耗、电源与共模抑制、输段首空格 出信号的纯度。
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四、论文（设计）的进度安排 2016.11.30-2016.12.15 对查阅文献资料，撰写开题报告，准备开题； 2016.12.31-2017.01.15 分析工工作原理进行理论； 2016.01.15-2017.01.30根据理论计算和电路结构进行仿真，得到最终数据； 齐2016.12.16-2016.12.30 确定电路结构，了解工作原理； 2017.02.1-2017.02.15 绘制电路板图，计算版图面积并进行优化； 2017.02.15-2017.05.15 整理数据，撰写论文，准备答辩。 五、参考文献 [1]刘清波.0.18umCMOS压控振荡器研究与设计[D].湖南大学.2010.04 标签后要空一格 [2] 张勇生.CMOS低相位噪声环形压控振荡器的设计[D].武汉理工大学.2012.11 [3] 陈超. CMOS压控振荡器的研究[D]南京理工大学。2013.03 [4] 吕志强CMOS振荡器噪声理论及优化技术研究参考文献内容是五号字体 [D]哈尔滨工业大学.2007.03 [5] 邓扬扬.带温度补偿的高精度CMOS振荡器的研究与设计[D]西南交通大学.2015.05 [6] 朱少华.打破调谐范围记录的串联LC压控振荡器[J]电子报.2016.08.14 [7] 周功孩.CMOS宽带低噪声压控振荡器设计[D]华中科技大学2016.1.18 [8]Ham D, Hajimili A. Concepts and Methods in Optimization of Integrated LC VCOs.IEEE[J]. Solid-State Circuit, 2001，36(6): 896-909. [9]Herzel F, Pierschel M, Weger P, et al. Phase Noise in a Differential CMOSVoltageControlled Oscillator for RF Application. IEEE[J] Transaction on Circuits and SystemsII: Analog and Digital Signal Processing, 2016, 47(1): 11一15. [10]Aktas A, Ismail M. CMOS PLL Calibration Techniques. IEEE[J] Circuits and Devices Magazine, 2014, 20(5): 6-11 六、指导教师意见 指导教师签字： 年 月 日
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英文之间间距太大，调整每行单词个数，必要的时候使用连字符 七、答辩小组意见 组长签字： 年 月 日 毕业论文（设计）中期检查 学生总结（包括完成情况、重点、难点解决情况、论文写作情况）
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指导教师意见（针对中期检查） 毕业论文互审环节审核情况 一、指导教师答辩意见
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指导教师签字： 年 月 日 二、互审教师答辩意见 审核教师签字： 年 月 日 附录：
导师与学生见面情况记录
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（记录见面的时间、地点及交流的主要问题） 8
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