Bifurkationsanalyse eines LC Tank VCOs unter Berücksichtigung der variablen Kapazität

Abstract. In dieser Arbeit präsentieren wir einen neuartigen Ansatz für den systematischen Entwurf von integrierten LC Tank VCO-Schaltungen basierend auf dem Andronov Hopf Theorem und der Störungstheorie. Der Ansatz ermöglicht es, eine Abschätzung des resultierenden Abstimmbereichs, eine Stabilitätsanalyse und eine Berechnung der Amplitude des VCOs im Vorfeld des eigentlichen Entwurfs durchzuführen. Des Weiteren erlaubt die vorgestellte Methode eine Optimierung des VCOs hinsichtlich der in den Spezifikationen geforderte Amplitude und eine Minimierung der höheren Harmonischen. Mit Hilfe eines ladungsbasierten MOS-Modells ist es möglich die spannungsabhängige Kapazität der Varaktortransistoren durch einen analytischen Ausdruck zu beschreiben. Auf Basis dieses analytischen Ausdrucks wird die amplitudenabhängige Großsignalkapazität des VCOs in Abhängigkeit von Designparametern und der Tuningspannung modelliert. Die Gültigkeit der vorgestellte Entwurfsmethode wird anhand eines Beispielentwurfes eines 2.4 GHz VCO unter Verwendung einer 0.25 μm HF-CMOS Technologie verifiziert.