一款用于Buck型DC-DC变换器的电荷泵锁相环设计

发布时间：2017-10-14 10:00

  本文关键词：一款用于Buck型DC-DC变换器的电荷泵锁相环设计

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【摘要】：随着集成电路技术以及半导体技术的快速发展,电源管理类芯片被广泛应用到通信、计算机、电子等领域。在所有的电源管理类芯片中,直流开关电源芯片由于其高可靠性、高效率、高频率、以及高功率密度等性能优势得到了十分广泛的应用。其中集成锁相环的Buck型DC-DC变换器虽然具有转换效率高、瞬态响应好和带载能力强等特点,但是锁相环系统带来的噪声干扰和相位抖动等问题对变换器的稳定性造成了一定的影响,因此对用于Buck型DC-DC变换器的高可靠性锁相环的研究具有重要意义。本文设计的电荷泵锁相环集成在一款Buck型DC-DC变换器中,此锁相环为变换器提供高可靠性的时钟脉冲信号。论文以高可靠性电荷泵锁相环为设计目标,从锁相环的基本结构及其重要特性指标入手进行讨论,并根据锁相环的环路特性将其归类,推导其环路传输函数,以及对其环路响应进行了详细的分析。本文设计的电荷泵锁相环的主要子模块包括鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器、压控振荡器和分频器五大模块。其中鉴频鉴相器的设计基于传统D触发器架构,在保证其具有较宽的鉴相范围和较快的捕获速度的前提下,增加了复位延迟电路的延迟时间,减小了鉴相“死区”。电荷泵电路采用源极开关式电荷泵架构,很好的解决了电流失配和电荷注入作用对其性能的影响,且电荷泵电流源使用对称式镜像结构,相对于传统电荷泵结构而言,有利于改善电路的匹配特性,减小系统对数字信号跳变的敏感程度,同时也降低了控制电压的抖动。从线性度、噪声、频率调节范围、集成度难易、功耗、稳定性等不同角度综合考量,环路滤波器采用传统的二阶无源滤波器,结构简单而且效率高。除此之外,本文设计的压控振荡器可以分为两部分,第一部分是电压电流转换电路,其采用的差分对结构在保证电路转化过程中失真较小的同时又可以增强电路的噪声抑制性能;第二部分是振荡产生电路,这个电路的特点是电容在充电的同时也在放电,这使得电路整体的连贯性增强,输出波形更加的稳定、规整。本设计基于0.35μm CMOS工艺,在Cadence软件平台下完成了芯片的电路设计以及仿真验证。此电荷泵锁相环的同步频率范围是250~750kHz,锁定时间小于60μs,相位抖动小于20ns,而且当电路输入电源电压低至2.4V时,电路仍然可以正常工作。
【关键词】：Buck型DC-DC转换器 电荷泵锁相环 鉴频鉴相器 压控振荡器
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM46
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 符号对照表11-12
• 缩略语对照表12-15
• 第一章 绪论15-21
• 1.1 论文选题的背景和意义15-16
• 1.2 锁相环国内外研究现状16-17
• 1.3 转换器的多相控制技术17-18
• 1.4 本文主要内容及文章架构安排18-21
• 第二章 锁相环系统概述21-31
• 2.1 锁相环系统工作原理21-23
• 2.2 锁相环的重要性能指标23-25
• 2.2.1 相位噪声23-24
• 2.2.2 时钟抖动24
• 2.2.3 锁定时间和锁定频率范围24-25
• 2.2.4 杂散25
• 2.3 锁相环的性能分析25-30
• 2.3.1 一类锁相环25-27
• 2.3.2 二类锁相环27-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第三章 锁相环各模块工作原理31-47
• 3.1 鉴频鉴相器31-33
• 3.1.1 鉴频鉴相器工作原理31-33
• 3.1.2 鉴频鉴相器性能指标33
• 3.2 电荷泵33-37
• 3.2.1 电荷泵工作原理33-35
• 3.2.2 电荷泵的非理想效应35-36
• 3.2.3 常见的电荷泵结构36-37
• 3.3 环路滤波器37-41
• 3.3.1 环路滤波器工作原理37
• 3.3.2 无源环路滤波器37-40
• 3.3.3 有源滤波器40-41
• 3.4 压控振荡器41-45
• 3.4.1 压控振荡器工作原理41-42
• 3.4.2 调谐压控振荡器42-44
• 3.4.3 多谐压控振荡器44-45
• 3.4.4 压控振荡器性能指标45
• 3.5 分频器45-46
• 3.6 本章小结46-47
• 第四章 锁相环各模块电路设计47-61
• 4.1 鉴频鉴相器电路设计47-48
• 4.2 电荷泵与滤波器电路设计48-50
• 4.3 压控振荡器电路设计50-57
• 4.4 分频器电路设计57-59
• 4.5 本章小结59-61
• 第五章 锁相环整体仿真结果及分析61-69
• 第六章 总结与展望69-71
• 参考文献71-75
• 致谢75-77
• 作者简介77-78

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

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本文编号：1030390