3、基于多目标优化内核的LC振荡器综合方法研究

基于多目标优化内核的LC振荡器综合方法研究

1. 引言

随着数字消费无线通信市场的持续增长以及通信标准日益复杂，对低成本、高性能的接收器、发射器和收发器的需求不断增加，这对模拟和射频（RF）电路的性能提出了极高要求，如噪声、线性度和功耗等。集成振荡器作为无线通信电路的关键组件，其设计面临着诸多挑战。在设计振荡器时，通常需要在给定振荡频率下同时最小化相位噪声和功耗，但这两个目标相互冲突。例如，低功耗往往会导致偏置电流减小，从而增加寄生效应的影响，进而增大相位噪声；而低相位噪声则通常需要高输出电压摆幅，这又会增加功耗。这种冲突反映在品质因数（FOM）上，FOM值越负（绝对值越高），振荡器的性能越好。

为了解决这些问题，本文采用多目标优化方法对LC - 电压控制振荡器（LC - VCO）和LC振荡器进行设计，通过使用商业电路模拟器确保设计的准确性，并比较了三种多目标优化算法（NSGA - II、MOPSO和MOSA）的性能。

2. 背景知识

2.1 LC振荡器

LC振荡器是一种纯电抗反馈电路，广泛应用于RF前端电路。它基于电流换向原理，由差分对M3和M4组成，通过反馈网络L1、L2、C1和C2交替传导电流，从而向负载提供交流电压。反馈网络和负载电容构成振荡器的LC谐振回路，电感L1和L2、电容C1和C2分别相等。电路由电流镜M1和M2偏置。由于实际反馈网络存在损耗，差分对呈现交叉耦合输出，满足振荡的巴克豪森条件，其小信号等效电路可描述为负电阻。LC振荡器通常具有高品质因数、低相位噪声和准线性行为，其振荡频率固定，计算公式为：
[
\omega_0 = \frac{1}{\sqrt{LC}}
]

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