一种具有PVT稳定性的宽频带压控CMOS振荡器设计文献综述

1. 文献综述（或调研报告）：

压控振荡器(Voltage-Controlled Oscillator VCO)是一种以电压输入来控制振荡频率的电子振荡电路设计，其振荡的频率会随着直流电压的不同而改变。VCO是锁相环(Phase-Locked Loop PLL)、时钟恢复电路(Clock Recovery Circuits)和频率合成器(Frequency Synthesizers)的重要组成部分[1]。在CMOS片上系统(System on Chip SoC)上使用含有完全集成VCO的PLL已成为新的趋势[2]，所以性能优异稳定的集成VCO成为了研究热点。具有低功耗、低噪声、低抖动、同时具有对工艺、电压、温度(Process Voltage Temperature PVT)稳定、宽频带特性的 VCO结构近些年来层出不穷，新的技术得到了广泛的开发。

1.CMOS压控振荡器的PVT稳定性补偿

文献[3]提出了另一种环形VCO工艺和温度补偿的方法，如图1。由带隙基准产生与温度无关的电源电压，输入到各个模块中。补偿电路根据温度变化产生V_CTRL来调整控制电压，从而增强PVT稳定性。差分环形VCO的输出通过比较器转化为轨至轨输出，以此来进一步抑制相位噪声[1]、[4]。此方法能够将7MHz输出对电源电压的稳定性维持在0.3%，将温度变化的稳定性提高为0.84%，比没有补偿的环形VCO提高了6倍。而工艺稳定性则提高到1%左右，是原来的7倍。

图1. 温度和工艺补偿的环形VCO结构

文献[5]提出了更为简洁的补偿方法，如图2。此补偿电路由Brokaw基准、闭环源跟随器(source follower SF)和开环源跟随器产生温度补偿偏置。左边的Brokaw基准产生恒定的电压V_REF。MN₃工作在弱反型层，其栅源电压V_GS3(T)呈现负温度特性，选取恰当的R₄和R₅，SF输出进行负温度特性补偿。开环SF的输出与大致相等，由于开环SF的带宽很大，的响应比闭环SF快，所以能够抑制毛刺和减小抖动[5]。此结构的特点在于MP₅和C₀组成的低通滤波器，它能够减少系统电源的噪声和补偿电路的闪烁噪声。同时开环的SF结构也能够减少纹波。此方法在电源在4.5V-5.5V范围内变化时，频率变化为1.2%，而在温度在-40-90℃范围内变化时，输出的频率变化为22.3ppm。

图2. 温度补偿电压源电路

文献[6]提出了一种差分控制电压补偿的方法，如图3。偏置电压VB1和VB2决定了尾电流I_tail，VCTRL则通过偏置电路控制着偏置电压的大小，从而实现对尾电流的控制。延时单元中VCTRL和VCTRLB输入的晶体管作为上下交叉耦合结构的负载，功能相当于电阻，其阻值由尾电流和VCTRL、VCTRLB控制。从而VCTRL可以改变延时单元的输出节点的等效电阻，进而改变频率。此结构中，P和N锁存的跨导与栅偏置无关，同时对共模信号有很好的抑制能力和极快的转换速度。此结构实现的周期抖动为3.54ps，电源电压在2.2-3.5V之间变化时，频率的变化为0.058%。