C-V 曲线仿真

通过 S 参数仿真的方法来得到变容二极管的 C-V 曲线。变容二极管使用的是 tsmc65 工艺中的 moscap_rf_nw，其横切面的示意图如上图所示。其中 Ground 端作为控制电压的接入端，Bulk 接地，Gate 端接在电路中，最后的电容是 Gate 和 Bulk 之间的电容。该种接线方法为累积型 MOS 可变电容 (Accumulation NMOS Varactor)。

其等效电路模型如下图所示：（下图的 Gnode 端应该就是上图的 Ground 端）

为了后续说明的方便，将模型简化为下图：

在 G 端接入一个 Port，DC 设置为 0，在 S 接入第二个 Port，DC 设置为 vctrl（此时 vctrl 相当于 $V_{SG}$），然后在 S 参数仿真时，扫描 vctrl，就可以获得变容二极管的 C-V 曲线。

仿真使用的原理图如下：

Port0 和 Port1 的设置如下：

Varactor 的参数暂时设置为：WR/LR/GR/BR : 1.6μm/1.6μm/4/2，可以在元件参数设置的窗口里看到电容的 C 为：284fF(VDD)/192(0)/45(-VDD)

在 AED 中选择 sp，设置如下：

求电容的公式为：$imag(Y_{11})/(2f) $，因此在输出结果中填入如下公式：

1	(imag(yp(1 1 ?result "sp")) /(2*pi) / 2.4e+09)

然后运行仿真，就可以得到 C-V 曲线啦：

可以看到基本上和之前预测的电容值差不多。

线性度补偿

在上图的曲线中，可以观察到电容和控制电压的关系不是线性的，这将直接恶化 VCO 调谐增益的稳定性。为了提高 A-MOS 可变电容的线性度，把可变电容偏置在不同的偏置电压 Vb1、Vb2 和 Vb3 下，然后将它们并联在一起形成可变电容阵列，通过可变电容在不同偏置电压下不同的 C-V 特性的相互补偿，从而获得线性的可变电容 C-V 曲线。结构如下图所示，电阻 R 为偏置电阻，为了减小偏置电阻的热噪声对 VCO 输出相位噪声的影响，一般设置偏置电阻 R 是 LC 谐振腔并联寄生电阻的 10 倍以上。同样，电容 C 用于隔直，避免不同偏置电压对 VCO 输出偏置电压的影响，一般大小设置为可变电容的 10 倍左右。