图3 32级的DCO结构仿真电路图
电路中电源电压VDD=1.2V，所有MOSFET 均采用9 0 n m 工艺库中的标准电压晶体管S V T（Standard Vol tage Tr ansi st or ），其阈值电压为Vthn=0.3V，|Vthp|=0.3V。当32级环形振荡器逐级打开，数控振荡器输出波形的振荡频率也逐级上升，整个数控振荡器的频率调节范围如图4 所示。
图4 DCO输出频率调节曲线
当32 级DCO中的18 级环形振荡器打开的时候，DCO 的相位噪声如图5 所示。相位噪声由Spectre 仿真器的pss 分析和pnoi se 分析测得。
图5 打开18 级时的DCO相位噪声
该32 级数控振荡器的相位噪声和功耗如表1 所示，随着环形振荡器逐级打开，相位噪声和功耗都明显上升，这是获得高频率输出波形所付出的性能代价。先测得单个反相器的平均电流，测得各个打开的反相器平均电流均约为14 μ A，由下式可以得到电路的总功耗，式中N 为打开的环形振荡器级数。
为了研究环形振荡器级数对频率调节范围的影响，将数控振荡器的级数减少至18 级或12 级，再分别测试其频率调节范围。三种不同级数数控振荡器调节范围的对比如图6 所示，不同级数的数控振荡器fmax 相等，但fmin 随着数控振荡器的总级数增加而减小，且KDCO 也变小，调节线性度更好。
图6 不同级数数控振荡器的频率调节范围
表1 数控振荡器不同级打开时的相位噪声和功耗
进一步测试器件尺寸对数控振荡器性能的影响，当器件宽度Wn 和Wp 增加，反相器中的平均电流增加，可以输出更高的频率并减小电路中器件噪声导致的相位噪声，这对高性能电路是有意义的，但电路功耗也随之增加。对于18 级数控振荡器，保持电路中全部MOSFET 的沟道长度不变，同时增大图2（b）中的NMOS 管M2、M3 的Wn和PMOS 管M0、M1 的Wp至原尺寸的1.5 倍后测得的频率调节范围如图7 所示，全部环形振荡器共18 级打开后的DCO 功耗 及相位噪声如表2 所示。