Diese Diplomarbeit behandelt die Entwicklung eines voll integrierten LC- VCO’s (Voltage Controlled Oscillator mit LC- Schwingkreis) in einem 0,35 um CMOS Prozess. Der VCO wird in einer PLL (Phase Locked Loop) eines HF- Transceivers verwendet.
Im ersten Kapitel wird kurz ein Einblick in den gegenwärtigen Stand der integrierten HF- Technik sowie deren speziellen Anforderungen gegeben.
Kapitel 2 behandelt dann eine allgemeine Beschreibung von LC- VCO’s. Die Herleitung von schwingfähigen Strukturen, Möglichkeiten für die Frequenz Verstimmung im Oszillator und eine Betrachtung der Effekte, die zu Phasenrauschen führen, bilden die Grundlage für die weitere Arbeit.
In Kapitel 3 wird auf die wesentlichste leistungsbegrenzende Komponente in voll integrierten LC- VCO’s, die integrierte Spule eingegangen. Die Auswahl einer guten Spule ist ein wichtiger Schritt und bedarf zumindest einem qualitativen Wissen über die einschränkenden Effekte.
Der folgende Abschnitt geht auf die frequenzverstimmenden Bauteile ein, die Varaktoren (variable Kapazitäten). Hier werden die verfügbaren CMOS Varaktoren näher untersucht, wobei schon eine Vorauswahl für die prinzipielle Eignung in dieser Arbeit getroffen wird.
Kapitel 5 behandelt dann die eigentliche Entwicklung des Oszillators. Die wesentlichen Kriterien für die Gestaltung und Dimensionierung des Oszillators sind hier ein möglichst linearer Tuningverlauf über den geforderten Frequenzbereich sowie die Erfüllung der Anforderungen für das Phasenrauschen unter Minimierung der Stromaufnahme.
In Kapitel 6 werden die Ergebnisse der Messungen an den Testchips beschrieben.
Ein Vergleich der Messergebnisse mit dem simulierten Verhalten sowie eine Annäherung der Simulationsmodelle an das reale Verhalten folgt in Kapitel 7.
In Kapitel 8 werden die gewonnenen Erkenntnisse abschließend zusammengefasst.
Inhaltsverzeichnis
- Danksagungen
- Inhaltsverzeichnis
- Abbildungsverzeichnis
- Kurzfassung
- Abstract
- 1 Einleitung
- 2 LC-VCO
- 2.1 Oszillator - Allgemein
- 2.2 Grundstrukturen von LC- Oszillatoren
- 2.3 VCO-Tuning
- 2.3.1 Allgemein
- 2.3.2 Varaktor Diode
- 2.3.3 MOS-Varaktoren
- 2.3.4 Geschaltene Tuningbereiche
- 2.4 Phasenrauschen
- 2.4.1 Allgemeines
- 2.4.2 Auswirkungen des Phasenrauschen auf die HF-Kommunikation
- 2.4.3 Güte Q eines Oszillators
- 2.4.4 Entstehung des Phasenrauschens
- 3 Integrierte Spulen
- 3.1 Einleitung
- 3.2 Anforderungen an eine hochqualitative Spule
- 3.3 Spulenverluste bei einem CMOS Prozess
- 3.3.1 Intrinsische ohmsche Verluste
- Die Optimierung der Oszillator-Charakteristika, wie z.B. Frequenzstabilität, Phasenrauschen und Leistungsaufnahme.
- Die Integration von Spulen in den CMOS Prozess und die Minimierung von Spulenverlusten.
- Die Verwendung von Varaktoren zur Frequenzsteuerung und die Analyse der Auswirkungen auf das Phasenrauschen.
- Die Anwendung des entwickelten VCO in HF-Kommunikations-Systemen.
- Die Untersuchung der Auswirkungen von Prozessvariation und Temperatur auf die VCO-Performance.
- Kapitel 1: Einleitung: Diese Einleitung führt den Leser in das Thema der Diplomarbeit ein und gibt einen Überblick über den Hintergrund und die Motivation der Arbeit. Die Bedeutung von LC-VCOs in der HF-Kommunikation wird hervorgehoben und die Zielsetzung der Arbeit wird definiert.
- Kapitel 2: LC-VCO: Dieses Kapitel beschreibt die Funktionsweise von LC-Oszillatoren im Allgemeinen und untersucht verschiedene Grundstrukturen, die bei der Implementierung eines LC-VCO verwendet werden. Die verschiedenen Techniken zur Frequenzsteuerung eines LC-VCOs werden vorgestellt, mit besonderem Fokus auf Varaktoren und MOS-Varaktoren. Des Weiteren wird das Thema Phasenrauschen behandelt, einschließlich seiner Entstehung, seinen Auswirkungen auf die HF-Kommunikation und die Faktoren, die die Güte des Oszillators beeinflussen.
- Kapitel 3: Integrierte Spulen: Dieses Kapitel befasst sich mit der Konstruktion und Optimierung von integrierten Spulen in CMOS-Prozessen. Die Anforderungen an hochqualitative Spulen werden definiert und die verschiedenen Quellen von Spulenverlusten werden analysiert. Besonders wird auf die Minimierung der intrinsischen ohmschen Verluste eingegangen.
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Diese Diplomarbeit befasst sich mit der Entwicklung eines integrierten 1,736 GHz LC-VCO für einen 0,35 µm CMOS Prozess. Die Arbeit untersucht die Design-Herausforderungen und technischen Aspekte der Entwicklung eines solchen Oszillators im Hinblick auf die Anforderungen an die HF-Kommunikation.
Zusammenfassung der Kapitel
Schlüsselwörter
Die Arbeit fokussiert sich auf die folgenden Schlüsselwörter: LC-VCO, HF-Kommunikation, CMOS-Prozess, Phasenrauschen, Varaktor, Spulen, Integrierte Schaltungen, Designoptimierung, Prozessvariation, Temperaturstabilität.
- Citation du texte
- DI (FH) Mag. Reinhard Windisch (Auteur), 2002, Entwicklung eines integrierten 1,736 GHz LC- VCO für einen 0,35 µ CMOS Prozess, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/86695
