JSSC 2019第10期Clocking & PLLs28nmVCO

A 37545 GHz Superharmonic-Coupled QVCO With Tunable Phase Accuracy in 28 nm CMOS

提出一种新型毫米波超谐耦合QVCO，具有高相位精度和零电压余量。

40 GHz, -94.32 dBc/Hz @1MHz, 0.18°相位误差, 8.4 mW功耗, 18.4%调谐范围

毫米波超谐耦合QVCO相位精度CMOS

▸创新点1：新型超谐耦合结构（方法创新） - 提出了一种创新的超谐波耦合网络结构，通过独特的电路拓扑实现了毫米波频段的高效耦合，相比传统耦合方式显著降低了相位噪声恶化（仅-94.32 dBc/Hz @1MHz），同时维持18.4%的调频范围。

▸创新点2：可调相位精度（电路创新） - 开发了基于尾阻抗理论的动态相位校准技术，通过可调耦合强度实现0.18°的超低正交误差，且调节过程不增加额外功耗（保持8.4mW总功耗）。

▸创新点3：零电压余耗架构（系统创新） - 采用无头压设计的耦合网络拓扑，消除了传统QVCO的电压裕度限制，在28nm CMOS工艺下实现全摆幅输出而不牺牲相位噪声性能。

▸创新点4：尾阻抗理论模型（理论创新） - 首次建立适用于超谐波耦合振荡器的尾阻抗分析框架，为相位锁定机制、噪声传递和精度调节提供量化设计依据，支撑实验结果的系统性验证。

Abstract

This paper presents a new superharmonic cou- pling structure for millimeter-wave (mmW) quadrature voltage-controlled oscillators (QVCOs) with high phase accuracy and zero voltage headroom. The proposed coupling network can adjust the quadrature error with almost no phase noise penalty. A tail impedance theory for superharmonically coupled oscillators is introduced to analyze the locking mechanism, phase noise, phase accuracy, and phase tunability of the proposed superharmonic QVCO. For veriﬁcati