基于环形振荡器的电荷泵锁相环研究与设计

发布时间：2020-03-20 11:11

【摘要】：随着集成电路发展,频率综合技术也广泛渗透到国民生活和科技研究的各个方面。常见的频率综合技术有直接频率合成、锁相环频率综合、直接数字合成。与其他频率综合技术相比,锁相环频率综合器具有输出频率高、相位噪声小、电路结构简单等特点。在许多要求低噪声的应用中,锁相环依然是不可或缺的。因此,对于锁相环的研究和设计依然拥有很高的研究价值和商业价值。本项目设计一款电荷泵锁相环,采用SMIC 0.13μmRF CMOS工艺。该锁相环采用整数分频结构,参考频率为10MHz,输出500MHz~800MHz的低抖动时钟信号,输出时钟均方根抖动需小于5ps。设计中,为了使鉴频鉴相器产生4路对称输出,引入锁存器结构加快了波形翻转速度,与电荷泵共同作用,降低了锁相环的参考杂散。电荷泵电路在源极开关的基础上加入复制支路和高增益运算放大器,实现主支路和复制支路的精确匹配,静态失配电流为-144pA,瞬态过程中,通过添加Dummy开关将瞬态失配控制在最小。本设计中的环形振荡器具有低相噪、宽调谐范围的特点。该环形振荡器由三级延时单元组成,每级延时单元是由P管输入,N管负载的伪差分电路构成,并加入交叉耦合结构,增加了输出波形的摆幅和翻转时的斜率从而降低了相位噪声,1MHz频偏处的相位噪声小于-110.6dBc/Hz。可编程分频器采用4/5预分频器和可编程脉冲吞咽计数器构成,分频比在28~131之间连续变化。后仿真结果表明,在所有工艺角下,锁相环均能正常工作。在tt工艺角下,锁相环功耗小于25mW,锁定时间小于40μs。在输出500MHz和800MHz时,均方根抖动分别是3.53ps和3.36ps。锁相环整体版图面积为453.41μm×194.3μm。
【图文】：

图 2.16 最大相位裕度与 b的关系条件可以计算出环路带宽C 以及环路滤波器的参数。 1ol CH j 2 22221 111Z CCC PbωKb/ ω 2 22 22 21P P CCC Z CbKb 21cossinPCZbKb 2arctanC P ， arctan Z C Z 。5)满足式(2.20)时，，22P Z ，可知2cos sinP Z ，此时：11cp VCOI K Rb

图 2.17 ω 对相位裕度的影响开环传输函数，根据闭环传输理论和式(2.17)，三阶电荷泵锁相环的闭环增益为： 3331olclolH sH s NH s (2.17)(2.26)代入式(2.28)可得： 32 3211ZclZ Z C Z C PsH s Ns s s 足在环路带宽处相位裕度最大的情况，将式(2.20)代入式(2.29)可知： 3 232 22 32 212 12C CclC C Cn nn n nb sH s Ns s b ssNs s s 阻尼因子 b 1 2，固有频率n C 。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN752;TN911.8

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本文编号：2591696