Modellierungskonzept für MOS Varaktoren zur Minimierung der AM-FM Konversion in VCOs

[摘要] In dieser Arbeit wird ein analytisches Simulationsmodell für MOS Varaktorenzur Entwurfsunterstützung von integrierten CMOS LC-Tank VCO-Schaltungenpräsentiert. Das analytische Simulationsmodell wurde auf Basis desEKV-Transistormodells implementiert und beinhaltet ausschließlich Design- undProzessparameter für die Berechnung der Varaktorkapazität. DiesesSimulationsmodell ermöglicht es, die verwendeten Varaktoren im Vorfeld desVCO-Entwurfs zu dimensionieren, die effektive Großsignalkapazität inAbhängigkeit des Ausgangssignals zu berechnen und einzelne Eigenschaften derVaraktoren, wie z.B. das AM-FM Konversionsverhalten zu optimieren. DieGültigkeit des vorgestellten analytischen Simulationsmodells zurBeschreibung der Varaktorkapazität in CMOS LC-Tank VCOs, wird anhand vonSpectre (Cadence) Simulationen auf Basis eines 0.25 μm CMOS Prozessesder Firma IHP (SGB25) und eines 0.35 μm CMOS Prozesses der Firma AMS(C35) verifiziert.

In this work an analytical simulation model for MOS varactors, that can beused in a systematically VCO design flow, is presented. The simulation modelis based on the EKV transistor model and includes only design and processparameters of the used CMOS technology. The proposed simulation model allowscalculating the required design parameters and the effective large signalcapacitance of the varactors incorporated into the VCO as a function of theoutput signal of the VCO. Based on the expression for the effective largesignal capacitance it is possible to optimize the AM-FM conversion behaviorof the used varactors. The validity and accuracy of the simulation model isverified by Spectre simulations which are based on a 0.25 μm CMOS process(SGB25) from the company IHP and a 0.35 μm CMOS process (C35) from thecompany AMS. The simulation results show a good accordance in all transistoroperating regions for NMOS varactors as well as PMOS varactors.

[学科分类] 电子、光学、磁材料