A utilização de dispositivos sem fio vem crescendo ao longo dos anos, especialmente devido ao aumento da Internet das Coisas (Internet of Things - IoT). Outra tendência é o desenvolvimento de circuitos que consomem baixa potência, uma vez que esses dispositivos são alimentados por baterias e precisam funcionar por muitas horas, ou até mesmo dias, antes de serem recarregados. Um dos blocos mais desafiadores, quando se trata de redução de potência, é o oscilador controlado por tensão (VCO), pois geralmente opera em altas frequências e sua performance tem forte relação com o consumo de potência. Dessa forma, o objetivo deste trabalho será discutir conceitos básicos para o desenvolvimento de circuitos osciladores, fazer uma comparação entre o oscilador em anel e o oscilador com carga LC, identificar a melhor topologia para aplicação em sistemas de Bluetooth Low Energy (BLE) 5.0 e, porém, apresentar o desenvolvimento de diferentes topologias de VCOs baseados em amplificadores com carga LC, utilizando técnicas de redução da tensão de alimentação e polarização do substrato com o objetivo de reduzir a potência. Os circuitos apresentados neste trabalho foram projetados e fabricados nos processos CMOS 180 nm da Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC) ou 130 nm da International Business Corporation (IBM). O primeiro VCO desenvolvido opera em 2,4 GHz e utiliza a redução da tensão de alimentação junto com a polarização do substrato. Esse circuito apresentou alguns resultados satisfatórios nas simulações pós-layout, onde foi possível obter um consumo de potência de 2,8 mW, área de 0,298 mm2 e ruído de fase de -112,98 dBc/Hz. No entanto, a frequência de oscilação ficou muito abaixo do esperado. Além disso, o circuito fabricado não funcionou, impossibilitando realizar sua caracterização experimental. O segundo VCO desenvolvido também opera em 2,4 GHz e utiliza a redução da tensão de alimentação, a técnica de reuso de corrente e uma polarização adaptativa do substrato para redução do consumo de potência. Esse circuito apresentou resultados satisfatórios em simulações pós-layout, exceto para corners ss (slow-slow), e também durante sua caracterização experimental. Com área de 0,192 mm2, os valores medidos experimentalmente são: consumo de potência de 476,25 uW, ganho de 204 MHz/V e ruído de fase de -98,61 dBc/Hz _a 1 MHz da portadora. Por _m, o terceiro VCO desenvolvido neste trabalho opera em 5 GHz e também utiliza a redução da tensão de alimentação, a técnica de reuso de corrente e apresenta uma nova técnica de controle da transcondutância (gm) através do substrato para alcançar um baixo consumo de potência e tornar o circuito mais estável com variação de processo e temperatura. A área do circuito é de 0,207 mm2, e os valores medidos experimentalmente são: consumo de potência de 2,2 mW, ganho de 280 MHz/V e ruído de fase de 92,45 dBc/Hz _a 1 MHz da portadora.

The use of wireless devices has been increasing over the years, especially due to the rise of the Internet of Things (IoT). Another trend is the development of low-power circuits, as these devices are powered by batteries and need to operate for many hours, or even days, before being recharged. One of the most challenging blocks, when it comes to power reduction, is the voltage-controlled oscillator (VCO), as it typically operates at high frequencies and its performance is strongly related to power consumption. Therefore, the objective of this work is to discuss basic concepts for oscillator circuit development, compare the ring oscillator and LC-tank oscillator, identify the best topology for application in Bluetooth Low Energy (BLE) 5.0 systems, and nally, present the development of dierent VCO topologies based on LC-tank ampliers, using techniques for reducing supply voltage and substrate biasing to minimize power consumption. The circuits presented in this work were designed and fabricated using the 180 nm CMOS process from Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC) or the 130 nm process from the International Business Corporation (IBM). The first developed VCO operates at 2,4 GHz and utilizes supply voltage reduction along with substrate biasing. This circuit showed some satisfactory results in post-layout simulations, achieving a power consumption of 2.8 mW, an area of 0.298 mm2, and phase noise of -112.98 dBc/Hz. However, the oscillation frequency was much lower than expected, and the fabricated circuit did not function, preventing its experimental characterization. The second developed VCO also operates at 2,4 GHz and employs supply voltage reduction, current reuse technique, and adaptive substrate biasing to reduce power consumption. This circuit showed satisfactory results in postlayout simulations, except for slow-slow (ss) corners, and also during its experimental characterization. With an area of 0.192 mm2, the measured experimental values include a power consumption of 476.25 uW, VCO gain of 204 MHz/V and phase noise of -98,61 dBc/Hz at 1 MHz from the carrier. Lastly, the third VCO developed in this work operates at 5 GHz and also utilizes supply voltage reduction, current reuse technique, and employs a new substrate-bias control technique to achieve low power consumption and make the circuit more stable with process and temperature variations. The circuit area is 0.207 mm2, and the measured experimental values include a power consumption of 2.2 mW, VCO gain of 280 MHz/V and phase noise of -92.45 dBc/Hz af 1 MHz from the carrier.