LCVCO基本原理与仿真部分请至https://vonrobert.com/2025/01/09/LC-VCO/index.html

原理图

差分管尾部加上尾电感、电容
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L、C的理论取值

由于LC并联在2Fo处为高阻,所以首先取Ltail@Fo为L/2,即250pH左右,且在Fo处的Q值接近。然后推算出C的初始值为275fF,扫描C值与Z11,如下图所示,在2Fo=19.6GHz高阻时,C=265fF。
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尾部2Fo谐振腔对相噪的影响

理论上尾部2w0谐振腔仅减少闪烁噪声
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根据之前的计算带入到电路中,按照如下步骤进行:
(1)VCO只添加电感,扫描电感值。
(2)固定电感240pH,加入电容,相噪随尾电容变化曲线。
(3)固定电容265fF,二次谐波随尾电感变化曲线。
结果会发现相噪随频率变化的谷值并未出现在计算的谐振点。而且以上分析过于理想,在实际版图中,VCO的共模信号并非直接通过尾谐振腔流向GND。

版图级VCO的共模回路

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提出问题

①毫米波频段VCO版图中VDD到VSS的距离过远,引入寄生电感过大;
②如果采用尾部2nd谐波滤波结构,很难将等效电感值做小;

版图优化:降低封装的影响

①减少decap走线寄生,减少VDD和VSS的物理距离;给尾电感留有一定优化空间;
②VDD到VSS的左右decap路径,保持对称;减少封装寄生电感带来的影响;

如这篇文献中的layout,在电感内部,电源中心抽头VDD通过decap连接到负阻管的VSS

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在减少VDD到VSS的寄生后,扫描尾电感与尾电容,可以看到预期中的相噪谷值随尾电容电感的变化
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当然,最后还需要带入封装文件联仿,尽可能接近实际电路工作情况。

参考文献

[1]A Low-Flicker-Noise 30-GHz Class-F23 Oscillator in 28-nm CMOS Using Implicit Resonance and Explicit Common-Mode Return Path” JSSC2018