JSSC 2020第9期Clocking & PLLs130nm SiGe BiCMOSVCO

Analysis and Design of a 17-GHz All-npn Push-Pull Class-C VCO

提出一种仅使用npn晶体管的17GHz推挽式C类VCO，通过磁变压器实现正反馈，降低功耗。

17GHz, -116dBc/Hz@1MHz, 13.7mA@3.3V, 15%调谐范围

推挽振荡器C类VCO磁变压器相位噪声SiGe BiCMOS

▸创新点1：电路创新 - 提出了一种仅使用npn晶体管的推挽振荡器拓扑结构，突破了传统推挽电路需要互补器件的限制，适用于SiGe HBT、InP HBT等单极性高速工艺（如17 GHz工作频率）。

▸创新点2：方法创新 - 利用磁变压器实现共集电极差分对的正反馈机制，通过电磁耦合替代传统交叉耦合结构，优化了相位噪声性能（实测1MHz偏移处-116dBc/Hz）。

▸创新点3：功耗创新 - 通过推挽操作和变压器能量复用技术，在相同振荡幅度下将偏置电流降低50%（实测13.7mA@3.3V），显著提升能效比。

▸创新点4：系统创新 - 提出可扩展设计方法论，通过变压器参数调控实现15%调谐范围，方案可适配GaN HEMT等多种单极型高速工艺平台。

Abstract

A push-pull oscillator topology that uses only one type of active device is proposed in this article. A magnetic transformer is leveraged to set positive feedback around a common-collector differential npn transistor pair , implementing the push-pull operation. This results in half the bias current for a given amplitude of oscillation, compared to more standard oscillator topologies. A thorough phase noise analysis of the circuit is carried out, emphasizing the crucial role of the magnetic trans