集成收发器中的高频振荡器设计
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日期：2021-10-21
振荡器是集成收发器的关键组成部分。在有线和无线通信终端中，接收机前端选择、放大和将所需的高频信号转换为基带信号。在基带信号上，信号可以转换为数字域，以进行进一步的数据处理和解调。发射机前端将模拟基带信号转换为可通过有线或无线信道传输的适当的高频信号。考虑到有线和无线收发器的广泛应用，每个收发器的振荡器规格差异很大。振荡器设计者面临的挑战是找到正确的振荡器拓扑结构，并在有限的时间内定义其尺寸，以便振荡器满足其被嵌入其中的收发器所施加的要求。这本书讨论了集成高频振荡器现有的和广泛应用的分析和新的设计见解，设计方法，和设计工具。
本书的主要目的之一是服务于振荡器和振荡器的工业设计师。在大学或研究中工作的振荡器的设计师对原创的、创新的和独特的设计特别感兴趣。这可以是一个新的架构，一个新的技术，或在相位噪声、调谐范围、电源电压等规范规格点方面的突破。对于工业设计师来说，其重现性和成本价格是最重要的。在大多数情况下，他们设计的主要目标是以最低的成本价格以稳健的设计满足所需的规范要求。他们通常也被迫在很短的时间内实现这两个目标。幸运的是，有许多振荡器的设计方面和振荡器的特性的参考资料，这对于科学和工业设计师来说是非常有趣的。在行为建模的帮助下，本文首先分析了各种LC和环振荡器的基本特性，然后对实际特性进行了深入的分析和讨论，包括集成电路技术所施加的许多非理想性。这种基本振荡器性质和实际振荡器性质之间的独特划分已经对每种振荡器类型之间的主要差异和每种类型的主要设计问题进行了清晰而科学的分析，包括以下各方面：
- LC振荡器与环振荡器之间的单相和多相振荡器的频率和调谐范围
- 相位噪声与子载波比的波形方面
- 功耗消耗
- 技术、工艺扩散、芯片面积等
在设计过程中，设计人员有兴趣评估特定振荡器设计的“质量”。此评估可通过绩效因子(FOMs)执行。fom是设计者的强大工具，它提供关于振荡器设计的定性和定量信息，并帮助设计者做出正确的设计决策。本书介绍了设计和基准场模型，并给出了一些实例。设计视场提供了预测振荡器特定规格的设计边际的性能估计器。它们不仅允许设计师做出快速的高级设计决策，而且也是记录设计知识的一种手段。重要的设计问题，如：“我的振荡器设计如何与最先进的或理论性能边界进行比较？”，就可以由基准fom回答。
除了介绍设计方法和工具，以及大量以简洁而方便的方式选定的振荡器设计外，这本书还提供了一个支持设计过程的框架。科学设计师将受益于这本书中提出的定性见解和定量权衡，为创造一个“独特”的设计做出正确的选择。工业设计师将会欣赏帮助他们以快速和方便的方式找到正确的架构、正确的组件和最佳权衡的工具和方法。我们希望这本书将有助于设计许多新颖，高性能，健壮和优雅的振荡器。
这本书的组织结构如图0.1所示。在第1章对振荡器的文献概述和在集成收发器中的应用之后，第二章继续对振荡器进行了一般介绍，讨论了分类和基本振荡器理论。各种模拟物的结构化设计方法等。
电子构建块已经被演示过，一些有趣的方法将在第三章中描述。最重要的是，本章强调了有价值的数字的概念，这可以帮助设计师进行高水平的设计决策。此外，第3章还讨论了在以下章节中使用的系统、行为和电路建模方面的知识。
第4章至第8章讨论了振荡器设计流程的各个方面，如图0.1所示。如果你不知道你想要什么，你就不太可能得到你想要的东西。换句话说，对振荡器规范的明确理解是最重要的。这个主题由第4章所涵盖。在一个几乎无限的设计空间中，振荡器设计者必须做出最有前途的振荡器配置的选择。该设计空间在第5章和第6章中进行了探索，其中分别研究了振荡器的基本性质和实际性质。对实际特性的讨论包括在电路层面上遇到的许多不必要的和寄生效应，而第五章只讨论了在行为层面上的振荡器的特性，只建模基本特性。振荡器的特性被结合在第7章中有用的绩效因子(FOMs)的例子中，它指导了设计者在设计过程中。一旦这是一个振荡器的配置和选择拓扑结构，剩余设计任务的一个重要组成部分是设计参数的尺寸化和优化。在这项任务中，通过使用精确的晶体管模型的电路模拟器进行晶体管电平模拟是非常重要的。第8章强调了一种快速振荡器相位噪声估计工具，它利用了电路振荡器的标准交流噪声分析。
没有什么比真实的东西更好的了：能工作的振荡器。在第9章中，讨论了四种集成振荡器的实现，并完成了测量。一个振荡器的实现是用于调频无线电接收器，两个被设计用于数字卫星接收器，最后一个振荡器的例子被设计用于光学收发器中。
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