Itra WidebandMonet langattomat lähetin-vastaanottimet ovat akkukäyttöisiä, jännitteen heilahtelu on maksimoitu. Tämän heilahdustason ylittäminen nostaa nykyistä vaihetta hukkapow3 Yksitransistori Oscillatornost aktiivisen laitteen tarjoama positiivinen palaute Hartley-oskillaattorissa lc-verkko on kaksi kelaa ja kapasiteetti Nmosvahvistin on kytketty yhteiseen hilakonfiguraatioon Kapasitanssissa C3 on yksi portti liitettynä L2:een. Tätä kapasitanssia ei voi korvata kuormakapasitanssilla.MLIL當Kuva 1 AC-vastaava piiri a) Colpitts VCO kuormainduktorilla b)Hartley Oskillaattori Integroitujen oskillaattorien suunnittelussa käytetyt yhden kytkimen vCO (SS-vCO) ja kaksikytkimen VCO (DS-vCO) -logiat Kuva 2 esittää molempien topologioiden yksinkertaistetun kaavion.
Molempien piirien transkonduktanssi, joka asetetaan biasilla. -vCo kaksi integroitua kelaa tai yksi keskikierteinen differentiaalinen induktori, joka voi liittyä transkondulaariseen Ds-vco:ssa kuin CO:ssa. Thetanssit vähentävät sekä tuninoskillaatiotaajuutta. olla kaksi kertaa suurempi kuin SS-vCo [2] Siten DS-ntechopen
Ultralaajakaistaiset oskillaattorit7 3 integroitua passiivikelaa vaikuttavat vaihekohinan suorituskykyyn ja määräävät tehohäviön. Kun pid lisää metallikerrosten määrää, passiivien laatu (Q) paranee yleensä. Muutaman nH:n standardin tyypit joiden Q on 2-10 (alle 6 GHz:n taajuuksilla), riippuen kondensaattoreista ja vastuksista. Kuitenkin tasomainen induktio alueellisesti tehoton rakenne, toimijat tarvitsevat usein suuria looreja laajalti toteutettuina niiden litteän Q:n ja standardiprosessien vuoksi. Tyypilliset on-chip spirinduktorirakenteet on esitetty kuvassa 12, joka koostuu useista neliöistä, kahdeksankulmaisista tai ympyrämäisistä spiraalisista kierroksista, jotka muodostavat induktorin leveyden pienentäminen vähentää sarjaresistanssia, ja näin ollen sillä on positiivinen vaikutus laajuuteen [12 Tämä kuitenkin lisäisi kelapaksiteettia ja pienentäisi edelleen resonanssitaajuutta. metallin maksimileveys (yleensä se on noin 15-30 um) määritetään yleensä käyttämällä optimointia. Kierre toteutetaan yleensä käytettävissä olevan metallikerroksen bergerpaksuuden mukaan kuin alemmat metallikerrokset, mikä auttaa vähentämään substraatin loiskapasitanssia, ylimmät metallikerrokset aiheuttavat korkeampi rinnakkainen vastuksen vähentämiseksi
Tämäkin tekniikka tuo käämin tehokkaasti lähemmäksi induktorin halkaisijaa riippuen siitä kuinka leveä kela määrittää alueen, jonka induktori peittää Tietylle induktorialueelle, kunnes koko tila on varattu. Tätä ei kuitenkaan suositella häviörajoitusten ja se tosiasia, että sisäkierrokset vain vähän kokonaisinduktanssi Thtiral-induktorit täytetään harvoin maksimikierroksiinsa, ja induktanssin lisääminen saavutetaan tyypillisesti lisäämällä kelan sädettä, laskelmat vaativat kenttäratkaisimien käyttöä. Kuitenkin likimääräinen arvio, sopivanopean käsin laskettu [12t jotka poikkeavat kenttäkulmion tai ympyrän muotoiseen spiraaliin verrattuna, kun taas pyöreän spiraalin tiedetään antavan jonkin verran korkeamman Q-kertoimen. Kahdeksankulmaspiraaleja käytetään seuraavaksi parhaana vaihtoehtona [4] usein pyöreä geometria, jota monet asettelutyökalut käyttävät ja joita ei sallita monissa teknologioissaToinen suosittu tekniikka, joka tarjoaa paljon kompaktimpi layout on hyödyntää lisäksi differentiaalirakennetta ja siihen liittyviä häviöitä [14] Nämä edut voivat myös parantaa itseluottamusta
Itra Wideband回◎(ryhmitetyt kelat: (a)neliö, (b) kahdeksankulmainen ja (c)pyöreä spiraali samalla sirulla käytettäessä kelan keskipisteiden välisen etäisyyden tulee olla vähintään kaksi kertaa kuin kelan halkaisija jokaiselle kelaparille, jonka odotetaan kasvattavan Q:ta kahdella tai kolmella kertaa, käytetään kupari(Cu)-lejeeringejä Al)seosten sijaan Toinen toimenpide on substraatti kelan alle kaksi tai kolme kertaa
Mikrokoneistettujen Cu-kelojen Q:t voivat olla jopa 50, ja ne mahdollistavat sellaisten kaistanpäästösuodattimien toteuttamisen, joiden välityshäviö on parempi kuin -5 dB taajuudella noin 6GHdashiell, joka on ollut sen Q, koska se vähentää häviölliseen substraattiin kohdistuvaa siirtoa [13 ] Thialso vähentää myös substraatista kytkeytyvää kohinaa induktorikelojen resonanssitaajuuden pienentymisen seurauksena. Ne ovat tiettyjä parametreja RF-piirien suunnittelussa ja monissa tapauksissa koko järjestelmien suurin pullonkaula.
Ultralaajakaistaiset oskillaattorit732 Induktorimuunnos tekniikalla [2] Suurten fyysisten mittojensa lisäksi integroidut kelat kuvataan yleensä yksinkertaisilla niputetuilla vastaavilla verkoilla. metallilatanssi jälkien välillä, Piiteknologiassa induktorin kanssa resonoiva melko johtava rel substraatin resistiivisellä polulla, joka myös induktorin Q mallintaa kapasitiivista kytkentää metallista substraattiin, joka punaiseen integroituun induktoriin(b) on laajakaistainen niputettu vastineT-ekvivalentti verkko on awband-malli, joka on voimassa vain kyseisen taajuuden välittömässä läheisyydessä, eikä se sovellu laajakaistamalleihin [4]verkko sant coigin ominaisuudet laajennetun niputetun vastaavan verkon
Tämän seurauksena sen validiteetti pätee paljon laajemmalla taajuusalueella ja se sopii paremmin fordebond-suunnitteluanalyysiin [4]Ideaalin Q-arvo incteqt:n kanssa Tämä johtuu kuitenkin siitä, että loiskapasitanssi ja substraattihäviöt osoittavat niiden merkityksen korkeammilla taajuuksilla [12The induktorin sarjan tasavirtavastus on hallitseva häviön aiheuttaja matalilla taajuuksilla (<1GHz) Korkeammilla taajuuksilla kohoaa huomattavasti,ae piraali Tämä tekee spiraalin sisäkäännöksistä vähemmän tehokkaita kuin ulkokierrokset, ja vierekkäisten kierrosten kentistä johtuvat ja läheisyysvaikutukset johtaa samanlaiseen taajuudesta riippuvaiseen ja vastaavaan häviön lisäykseen. Lisäksi substraatissa oleva kukkavirta merkitsee lisähäviöitä, jotka ovat vahvasti substraatin funktionaalisuuden funktio ja tulevat merkittäviksi taajuuden avautuessa.
Itra WidebandTämän seurauksena Q alun perin lähes taajuudella, koska häviötä hallitsee kelan sdc-sarjan vastus. Lopulta iho- ja läheisyysvaikutukset sekä substraatti tulevat hallitseviksi. Näin ollen Q vähitellen huipentuu maksimiarvoon ja sen jälkeen nopea lasku koska yllä olevien vaikutusten toistuva vaikutus kelan suorituskykyyn on erittäin monimutkainen, ja sen vuoksi on käytettävä RF-piirien tehokkuuteen tarkoitettuja työkaluja, koska valmistustekniikan kannalta adduktorismaalinen ja kahden transjohteen yhdistäminen resistiivisellä15-18 Tämä toteutus(Kuva 15(b) jonka indulaatutekijä todisti Myös thetanssi R välillä M ja M3 lisää merkittävästi induktanssia [16]
Yllä olevan topologian alhaisen induktanssiarvon ja kapeasta taajuusalueesta johtuen parannettu cascode-rakenne, jossa käytetään aktivaattoreita fe16(a)-ja kuvassa 16(b), vastaavasti Tämä aktiivinen kela hyödyntää viritettävää takaisinkytkentäresistanssia, joka toteutetaan kytkemällä vastus( R) rinnakkain transistorin kanssa Thete-lähdejännite (Vune) ohjaa tämän transistorin tehollista kokonaisvastusta (re) Tämä vähentää lähdön johtokykyä ja parantaa laatua factIZin15(a) Kaavio cascode-maadoitetusta aktiivisesta kelasta, jossa on takaisinkytkentäresistanssi(b) )ntechopen
Ultralaajakaistaiset oskillaattoritEkvivalenttinen kapasitanssi, induktanssi ja vastukset ovat [19Kuva, 16(aTAlb)Ekvivalentti aktiivisen induktorin malli3C2C(R,g2+1)m32m3Cg2(Rg2+1)8m18m28m3+@s2r218m28m3+s3 ), takaisinkytkentävastuksen vaikutus näkyy (R,8ds2 +I), joka on suunniteltu kuin yhtenäisyys
Rey:n pienentäminen R resulquality tekijän ja TAI:n tuloimpedanssin avulla voidaan saada Intechopenilta
Itra Wideband(R1+RG1+(OL /R4)(+Re Ge -@ leo Ce)+ja(Re Ce+Le Geo)Huomaa, että perinteisessä TAI-topologiassa Vi=vakio(katso kuva 16(a) As voi olla suurempi (10), (11) ja (13), aktiivisella vastuksella on suora vaikutus. Tämä Ro:n kasvu kuitenkin heikentää laatutekijää Tobe, jota käytetään ylimääräisenä viritysjännitteenä ohjaamaan kaasua. quandiinduktanssin yhteisparannus, voidaan käyttää transistorin m5. takaisinkytkentävastusta, joka näkyy kuvassa 17(b)[18].
Tämä transistori, jonka katkaisualueella, CMOS-tekniikka, viritettävä resistanssi 10 022 - 16 ks voi saavuttaa [18 for Vtune12v to Vune"0 4V, kuten kuvassa 17(a) näkyy tehollinen vastus vs. viritys jännitteet (b) Ehdotettu resistanssi rinnakkaisella MOSFETillä (c) Kapasitanssin vaihtelu ehdotetussa aktiivisessa resistanssissaEkvivalenttisen piirimallin kunkin komponentin arvot ilmaistaan
alhainen (M2aC:n ekvivalenttikapasitanssi, Regas? Re antechopenUltra laajakaistaiset oskillaattorit20CefrRoCRgm1gds2gds3(CPC(17gml 8m2 8m3 +0 Cgm1gm?cKeff Sds?gm28m28, muiden säännöllisten ja pienempien konttorien pitäisi olla suurempia ja pienempiä). Cgvaractorents Jänniteohjattujen oskillaattorien (VCO:t) ansioiden säädettävyyden (Cmax/Cmin), CV-lineaarisuuden fn yleisesti, kahdenlaisia varaktoreita on kehitetty RF CMOS-prosesseja varten, MOSaccumulation mode kondensaattori (MOS varactor) ja CMOS diodeMOS diodi varaktorit ovat periaatteessa käänteisiä. biased p-n-liitokset, jotka voidaan toteuttaa käyttämällä käytettävissä olevaa diffuusiota ja p-kuoppia [4] Näillä varaktoreilla on viritettävyys, jota käytetään kapasitanssien hienosäätöön.
Ne tarjoavat myös paremman lineaarisuuden kuin MOS-varactorshe mos varactor canactors, Tämä on erinomainen viritettävyys-riittävän korkea Q-kerroin Tämän varaktorin suorituskyky paranee tekniikallaHA)liitosvaraktorilla on ollut kirjallisuudessa lähes lineaarisella C-V-virityssuhteella 31 ja Q yli 100 2 GHz[8]ntechopen
Ultralaajakaistaisten oskillaattorien CO:n vaihekohinateho on parempi kuin SS-vCO:ssa. Edellinen vaatii kuitenkin suuremman syöttöjännitteen kuin jälkimmäinen, johtuen P1P2DDVtuneM2M3:n ylimääräisestä pinosta. Kuva 2 Yksinkertaistetut piirit kaavamaisesti (a) SS-VCO:sta ja( b) DS-vCO Oskillaattorin kriittisin suorituskykyspesifikaatio on sen spektrin puhtaus
Inoskillaattori, spektrin teho on jakautunut halutun värähtelytaajuuden ympärille (n, joka tunnetaan vaihekohinana harmonisella taajuudella sijaitsevan tehon lisäksi Kuva 3 Käytännön oskillaattoriporttipiirit yhdistettyinä. Tarkastellaan kuvan 4ntechopen lineaarista takaisinkytkentämallia
Itra Wideband4 Basic Oscillator feedhe yleinen siirtofunktio frol(s)a(s) 1-a(sf(s)Tämä tulee ilman syöttöä niin kauan kuin määrä a(s)f(s),e silmukan vahvistus , on yksi ja vaihesiirto silmukan ympärillä on nolla vahvistuksen suuruus suurempi epälineaarisuus vahvistimessa pienentää suuruutta täsmälleen toimintaan. Olettaen, että a(s):lla on nolla vaihesiirto, voimme toteuttaa f(s):n resonaattorina, toteutettu rinnakkaisella LC-säiliöllä, jos vaihesiirtymä on nolla halutulla värähtelytaajuudella. Toinen oskillaattori on tasapainotettu tarkasti negatiivisella resistanssilla -Ra, jolloin negatiivinen vastus kompensoi resonaattorin häviöt ja vakaan tilan värähtely on ActiveCurcuitRFig
5 Kahden yksiporttisen verkon näkymä oskillaattorista51 Yhden portin näkymä vaihekohinasta Kuvassa 6 on vastaava yksiporttinen malli LC-oskillaattorista, jossa in(o) tarkoittaa piirin alin. Oletetaan, että sittentechopen
Ultralaajakaistaiset oskillaattoritEpäsuorinen aika-invariantti käyttäytyminen, kohinan kokonaistehotiheys Pn(o)/Ao voi ollaPn(o thA(o)41()Z(ahere, Z(o)I on tankin magnitudivasteRIActiveKuva 6 Yksi portti oskillaattoriaktiivisen LC-oskillaattorin malli Toiseksi mahdollisimman kapea, eli korkeaa laatutekijää (Q) tulisi käyttää 5
2 Kaksiporttinen näkymä vaihekohinastaPalaa kuvassa 4 esitettyyn kaksiporttiseen malliin, RLC-säiliö kuvan 7(a) mukaisesti. Sellaisen(b) suuruus ja phaof Kuten aiemmin on käsitelty, tarvitaan nolla astetta nettovaihesiirtosilmukka (mikä tahansa kokonaisluku moniastetta) Koska värähtelypiirin kohinalähteet aiheuttavat tilapäisiä vaihesiirtoja takaisinkytkentäsilmukassa, hetkellinen värähtelytaajuus muuttuu siten, että säiliö tuottaa kompensoivan vaihesiirron, jolloin kokonaisvaihesiirto silmukan ympärillä pysyy tasaisena. värähtelytaajuus [3]Vaihekohina, jota merkitään L(Aolis määritellään L[△o}=10logwhereAw) edustaa yhden sivukaistan tehoa mitattuna 1 Hz:n kaistanleveydellä, joka sijaitsee taajuussiirtymässä Ao värähtelytaajuudesta oo P, edustaa totalanous sio pes, L(Aoliksen kuvassa 8 esitettynä pikaalina kaaviona) Huomaa ntechopen alueiden olemassaolo
Itra WidebandKuten edellä mainittiin, vaihekohinan vähentämiseksi säiliön magnitudivasteen tulisi olla mahdollisimman terävä, eli sillä tulisi olla erittäin kerroin QZrFig
7(a) Rinnakkais RLC-säiliö(b) Suuruus- ja vaihevasteL{△o}↑ Kuva 8 Yksisivukaistan vaiheen noal lc-säiliöiden yleinen ulkonäkö: adWo=1/vLC, säiliön impedanssi vastustaa puhtaasti impedanssin auki
Ultralaajakaistaisten oskillaattorien vaste on täsmälleen nolla Taajuuksilla alempana (yläpuolella) rinnakkainen RLC-verkko on pääasiassa induktiivinen (kapasitiivinen) Sarja-RLC-verkoissa tämäResonaattorien laatutekijä Q määritellään yleensä seuraavasti: Varastoitu energiaKeskimääräinen hukatettu tehoLaatutekijä, joka ilmaisee kyvyn. säiliön energiasta, usein C VCO:t Myös Q osoittaa impedanssin jyrkkyyden huippuimpedanssin terävyyttä kohdassa (o Siksi Q voidaan kuvata myös Qtällä, AO-3dB on impedanssivasteen -3 db kaistanleveys
On selvää, että suurempi Q johtaa suurempaan spektrienergian hylkäämiseen pois resonanssitaajuudesta, oskillaattorin ulostuloresonanssin johdonpuhtaudesta, RlC-verkkojen Q:n antaa RWorc (rinnakkais rlc) (sarja RLC) ja rinnakkaiset RLC-verkot on Näennäisten laajakaistaisten CO:iden, eq näyttää standardin käytettävissä olevan CMOS-tekniikan simuloidun Q:n [2havaittiin, että Q on lineaarinen. Tavoitteena on, että laajakaistaisella vCO:lla, joka toimii välillä 3-6Ginterest, olisi Q korkeimmalla taajuudella, voidaan vähentää Q:n vahvistuksen myötä. Q:ssa halutut vaikutukset lähtöamplitudiin Tätä ongelmaa tarkastellaan tarkemmin jaksossantechopen
Meritin Itra Wideband1046811214161820Useimmat oskillaattorisuunnittelijat raportoivat yleensä ansioiden (FoM) arvon heidän nimenomaisesti käyttämänsä FoM:n RF Community power-trequency-tuningormalized ( PFTN) ansioluku (FOM) määritellyssä [4, 106Fo]. loO,max-aja L(Aol on vaihekohina, joka mitataan offsetilla Ao alkaen Also, (xmaxnd aomin tarkoittaa viritysalueen ylä- ja alapuolen taajuuksia, vastaavasti CMOS VCO -piireissä, optimaalisen asettelun löytäminen molemmille passiiviset ja aktiiviset laitteet sopivat parhaan mahdollisen suorituskyvyn saavuttamiseen Terasiitin yksi vaikutus laiteasetteluun teknologian skaalauksella Minimoi loislähteet ja melulähteet, on erittäin tärkeä Tämä osio on omistettu näille aiheille, mukaan lukien korkealaatuisten spiraalikelojen integrointi kerroin, aktiiviset induktorit, varaktorit, vastukset ja transistorit vCo-suunnittelun perimmäisen tavoitteen saavuttamiseksi
71 Vastukset Vastusten ansiot ovat levyresistanssi, toleranssi, loiskapasitanssi sekä jännitteen ja lämpötilan kertoimet, jotka on suojattu portin polypiistä, lähteen/nielun aktiivisista alueista ja metallista. vähän seostettua p-tyyppistä polypii-vastusta käytetään applikatintechopenissa
Ultralaajakaistaiset oskillaattorit korkealla resistanssilla Hyvästä loiskapasitanssistaan huolimatta tässä vastuksessa on 25 % seostettu p-tyyppinen polypii-vastukset, jotka ovat suositeltavia useimmissa tapauksissa niiden hyvän yhteensopivuuden ja alhaisen loisen vuoksi. 1200 ohm/salisidinen P+(N+) polyresistanssi on levyresistanssi 280-455(95-180)ohm/neliö. Näitä ei-salisidisia polyvastuksia voidaan käyttää suurtaajuuspiireihin. 2-15 ohmia/neliö, pienellä loiskapasitanssillaParaso % sietokykyinenSalisidi p+/nt diffuusioInce on arkki suuri parasiittinen Ei-salisidinen P+(N+) diffuusio on levyresistanssi 110-190 (60-100) ohm/neliö Ei-salisidinen diffuusio vastukset soveltuvat vain matalataajuisiin piireihin, esim. niitä käytetään usein ESD-suojaukseen Koska ne ovat vahvasti riippuvaisia jännitteestä, niitä käytetään yleensä syöttämiseen. Toinen korkean suorituskyvyn vastus on muodostettu ohuesta metallikalvosta, edelleen substraatin yläpuolella johdotustasoissa [ 9]
Sen levyresistanssi on 0025 - 0 115 ohm/neliö, ja siinä on useita houkuttelevia ominaisuuksia, kuten alhainen sietokyky portti [101ntechopen
Itran laajakaistaiset kondensaattorit voidaan toteuttaa mistä tahansa kahdesta erilaisesta suorituskyvyn avulla. Suuren kapasitanssin saavuttamiseksi pinta-alayksikköä kohti on yleistä käyttää useita kerrostettuja kondensaattoreita ja kytkeä ne rinnakkain (Kuva 11) Jotta saadaan kaksi kondensaattoria, joissa on ja valelaite Suhteellisen korkean Q-arvon kanssa voidaan myös toteuttaa lance-sovelluksia (005-05pF)
Enemmän metallikerroksia nykyaikaisen häviöllisen metalli-eriste-metalli-ohut piinitridillä kerrostettu tai välissä oleva metallikerros. Tyypillinen Q ylittää 100 1 GHz:llä suhteellisella kapasitanssilla (1 % tai vähemmän) [4MIM-kondensaattorit ja metallisormikondensaattorit, joissa R voi verkottaa edustaa sarjahäviötä metallilevyn rajallisesta resistanssista.Metal3AMetal3C3Metal2MetalCross-Section Kuva 11 Pystyverkkokondensaattorin poikkileikkaus (vasemmalla) ja sivukuva (oikealla) (10]ntechopen)