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压控振荡器作为锁相环的重要组成部分,其功耗、驱动能力、噪声品质等参数对系统的关键性能有着重要影响。降低电源电压是降低压控振荡器功耗的一个重要手段,是当前的研究热点之一。论文面向GPS射频接收机中锁相环系统应用,设计了一种适用于低电源电压的正交压控振荡器,有效地降低了振荡器和系统的功耗,并从噪声性能和实用性方面对电路进行了优化。论文总结与分析了常规电压压控振荡器设计、低电压带来的挑战和应对方法。综合考虑接收机整体功耗,采用双核正交压控振荡器为混频器提供四路正交的本振信号,并且提出了一种振荡器双核间的相位耦合电路和自检测偏置模块中的峰值检测电路复用的结构,降低了功耗的同时优化了噪声性能,此外,引入反注入电流以进一步提高电流效率。采用自动检测、分级偏置的方案解决低电压下压控振荡器快速起振和低功耗难以兼顾的问题,正交压控振荡器在启动之初利用高电压偏置快速起振,自检测偏置电路检测到起振状态后切换到低电压偏置状态节约功耗,分级控制偏置降低的程度可以保持在宽频带覆盖范围内摆幅的一致性。此外论文方案中还加入了自动频带校准模块以实现正交压控振荡器频带的自动选择。论文基于TSMC 0.13μm CMOS工艺,实现了一款应用于GPS射频接收机中锁相环系统的低功耗自动频带校准正交压控振荡器,并进行了后仿真验证和流片验证。后仿真结果表明,在0.7V供电电压下,起振时间小于150ns,差分摆幅可达0.9V,输出频率覆盖1.3GHz～1.8GHz,相位噪声低于-120dBc/Hz@1MHz,功耗仅1.4mW。对于接收机整体电路的测试结果表明,锁相环能够锁定且提供准确稳定的本振信号,目标频点为1.575GHz时锁定时间约40μs,接收机灵敏度可达-90dB,总功耗仅7mW。