基于Hershey Kiss波形调制的时钟发生器设计

发布时间：2020-03-19 09:01

【摘要】：在去年,美国以中兴通讯公司非法出口通信设备为由,禁止中兴与美国企业交易,因而无法采购主力通信设备和智能手机的关键芯片,造成整机设备和智能手机业务停产停售,中兴蒙受巨大损失。在此事件之后,芯片国产化替代进程再次迎来广泛关注。中国作为全球最大的半导体消费市场,在降低电磁干扰(EMI)方面对扩频时钟芯片的需求量也非常巨大。传统的方法是使用金属屏蔽盒以及RCL无源滤波器来实现降低EMI,但电路系统的复杂程度越来越高,该方法已经很难达到屏蔽的目的。而目前国内还没有低频段的扩频时钟系列产品,此类芯片国产化迫在眉睫。论文提出了一种Hershey Kiss波形调制的扩频时钟生成电路,其可有效降低EMI,它的工作原理是通过将输出时钟的信号能量展宽到一个窄带范围内,从时钟信号的源头减小电磁能量辐射。论文提出基于Hershey Kiss波形调制技术的原理为:利用三角波产生器和一阶Sigma-Delta调制器产生近似特殊斜率的Hershey Kiss波形。这种波形调制的优势,相对于三角波和正弦波调制出来的频谱平坦度更好,平坦度保持在2dB以内。论文首先对中心频率调制的原理理论分析,并且对Sigma-Delta调制器进行了Matlab建模和仿真。后续章节对扩频发生器的关键组成部分进行电路设计和仿真。最后基于各个模块的设计,开展基于Hershey Kiss波形调制的扩频时钟电路整体设计和仿真,并且完成了物理版图实现和封装样片测试。设计指标为输入参考时钟频率为25MHz、输出中心频率为200MHz、调制频率为31.5kHz、环路带宽140kHz、可配置扩频率和辐射峰值衰减大于10dB。本设计是基于SMIC 0.13um CMOS工艺完成的电路系统设计和物理版图实现,完成了流片、封装和样片测试。其测试结果为时钟发生器的输出中心频率为200MHz、调制频率为32kHz、环路带宽为139kHz、扩频率可配置为-0.75%、-0.5%、±0.25%、0%四档可调,辐射峰值降低了12.3dB@0.5%、16dB@0.75%。测试结果与研制目标基本一致,满足课题芯片的预期设计要求。论文中的扩展频谱时钟电路具有数字电路实现、可灵活配置、输出频谱平坦度好等优点,达到了预期效果。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN761

【参考文献】

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本文编号：2590016