2.4/5.8-GHz雙頻帶正交相位壓控振盪器之製作

Abstract

在本論文中，我們分別針對於注入鎖定式振盪器及正交相位振盪器的基本操作原理提出說明，並且透過電路的實作及量測的結果來展示。 注入鎖定式振盪器的部份，我們製作一個11-GHz 低消耗功率除數為二的注入鎖定式除頻器(ILFD)。這個除頻器藉由並連電感來提升電路節點的阻抗以提升可除頻率範圍。根據量測的結果，這個電路操作在1.2 V的供應電壓時，會消耗1.2 mA。當注入訊號的功率是-10dBm，則可以除2的頻率範圍是9.2-9.7 GHz (即500 MHz操作頻率範圍)。不使用並聯電感的技巧時，我們量到的操作頻率範圍是200 MHz，相較之下，並聯電感的技巧對於操作頻率範圍有50%以上的提升。 正交振盪器的部分，我們藉由正交相位振盪器本身所具備的頻率調變特性製造一個5.2/5.8 GHz雙模態的正交相位壓控振盪器。經由實際的量測得到的振盪頻率範圍是5.9-6.5 GHz，而頻率調變增益(KVCO)大約是180MHz/V。這個電路操作於1.5V供應電壓源，所須的最大操作電流是23mA。此正交振盪器輸出的相位誤差為34□，而距離載波訊號1MHz處的相位雜訊為-109dBc/Hz。 透過正交相位振盪器以及除頻器的整合，進一步實現2.4/5.8 GHz雙頻段的正交振盪訊號源。QVCO的直流偏壓為1.8V，消耗電流23mA，而除頻器的直流偏壓為1.2V，消耗電流4mA。振盪頻率的量測結果，在QVCO端為4.1¬-5.2 GHz其相位雜訊為-113 dBc/Hz @1MHz offse而正交訊號的相位誤差為47□，經過除頻器的降頻之後，由除頻器端可以再輸出1.96-2.5 GHz的振盪訊號，其相位雜訊為-121 dBc/Hz @1MHz offse。 最後，我們說明如何應用12-GHz的正交相位壓控振盪器來實現24-GHz而且具有差動輸出的頻率推進式(Push-Push)壓控振盪器。該電路所須的直流偏壓為1.8V，消耗電流18mA。模擬結果顯示，該電路的輸出功率為-10dBm，且具有24-25 GHz的可調頻率範圍，相位雜訊的模擬結果為-104dBc/Hz @1MHz offset。 以上所提的四個電路都是使用0.18mm CMOS製程，並於聯華電子公司(UMC)製作晶片。