CMOS模拟集成电路设计,振荡器,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,1、概述,振荡条件,负反馈系统,巴克豪森准则,2、环形振荡器,环形振荡器起振,单极点负反馈系统相移：max 270 °,双极点负反馈系统相移：360°@∞,三极点负反馈系统相移,环路增益,,,A0＝2,振幅限制,三级环形振荡器的闭环增益,分母,振幅限制（续）,三级环形振荡器中，A0不同时，极点情况,不起振,振荡,振荡，→∞，实际上电路经历非线性，最终达到“饱和”,,,当A02时，,反相器构成的环形振荡器,大信号工作,X跳变,Y跳变,Z跳变,,1个TD,,,1个TD,1个TD,振荡周期2NTD＝6TD,,3、LC振荡器,3.1 LC振荡回路,理想（无损）并联LC回路,实际（有损）并联LC回路含电阻成份,品质因数,阻抗,3.1 LC振荡回路（续）,串联→并联,在较窄的频率范围内ZS＝ZP,得到,,,谐振频率,3.2 “调谐”电路,LC回路作负载,谐振时，,接成反馈形式，谐振时，总相移等于180，所以不能振荡,3.3 交叉耦合振荡器,谐振时，总相移为0,起振条件：,4、压控振荡器,定义,中心频率,调节范围ω2－ ω1,调节线性度,输出摆幅,功耗,电源与共模抑制,输出信号纯度： 信号抖动（Jitter）;相位噪声,4.1 环形振荡器调节,改变负载,每一级中，M3M4处于线性区（三极管区），由Vcont控制,缺点：输出摆幅在调节范围内变化大,改变电流源,固定负载管的VDS，保证输出摆幅（ISSRon）：M5工作性区，通过A1反馈固定VDS，M3和M4跟随M5的导通电阻。
控制ISS改变振荡频率,4.1 环形振荡器调节（续）,正反馈引起的延时变化,-2/gm,,半边电路等效： I1↑→|-1/gm3,4|↓ →（ -1/gm3,4）||R1,2=R/(1-gm3,4R)↑ →fosc ↓,缺点：R1R2上的电流在控制过程中会发生变化，输出摆幅在调节范围内变化,,半边等效,4.1 环形振荡器调节（续）,正反馈引起的延时变化（续）,利用差动对，使IT=ISS+I1，保证输出振幅为2R1,2IT,为了避免M1M2没有电流通过，在P点增加一个小恒流源IH，以避免因此造成振荡停止缺点：消耗了额外的电压余度,4.1 环形振荡器调节（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，采用电流折叠结构,4.1 环形振荡器调节（续）,插值法改变延迟,,,快路径导通，慢路径关断，产生最大振荡频率； 快路径关断，慢路径导通，产生最小振荡频率； Vcont落在两极中间时，产生中间振荡频率4.1 环形振荡器调节（续）,插值法改变延迟（续）,,4.2 LC振荡器的调节,反偏pn结可以当作变容二极管,保证变容二极管反偏或正偏较弱,4.2 LC振荡器的调节（续）,变容二极管,N阱与衬底的电容,,,减小串连电阻,4.2 LC振荡器的调节（续）,变容二极管,消除N阱与衬底的电容的影响,,,采用PMOS器件电路,5、VCO的数学模型,相位与频率,VCO,,剩余相位,积分器的传输函数,。