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CMOS射频收发机中频率合成器的设计

发布时间:2020-03-31 01:25
【摘要】:近年来,随着通信与电子信息技术的迅猛发展特别在无线通信、便携式终端、5G通讯等领域都实现了技术的突破与提高。以射频通信为基础的近距离通信芯片的研究与发展也取得了长足的进步,TPMS(胎压监测系统)是基于汽车应用无线胎压监测与实时胎压检测反馈系统,很大程度上提高了汽车的安全性并及时有效将胎压情况反馈至汽车中央控制系统从而减少了事故的发生。针对特定TPMS应用场合,本文完成了应用于胎压监测芯片中频率合成器的研究与设计。基于TPMS射频收发芯片工作原理,采用双环电荷泵锁相环路频率合成器结构,其中包括发送(Tx)环、接收(Rx)环、辅助(Ex)环,有效提高了频率合成器电路的频率合成能力和输出频率的可靠性。为支持433MHz、915 MHz双模频段输出,内部采用环形振荡器(Ring VCO)、电感电容振荡器(LCVCO)双振荡电路设计以实现宽频率范围调节;为实现频率合成器的多通道频率输出,本文设计了一款高速可编程分频器电路,最高分频比为1023。该频率合成器可实现八档输出振荡频率连续可调、支持433MHz、915 MHz双模工作、提供稳定四路正交I/Q信号输出。基于Cadence Spectre仿真应用平台完成频率合成器的前仿真电路设计,并利用Virtuoso软件进行版图设计和Calibre工具进行后仿真提取寄生参数,分析前后仿真结果差异并进一步优化电路设计。仿真结果表明该频率合成器可支持在433MHz、915MHz双模工作频段,振荡器调谐范围分别为300MHz、500MHz。利用Matlab软件得出锁相环相位噪声归一化指标分别为:-90dBc/@1MHz、-1 10dBc/@1MHz;锁定时间分别为40us、60us;静态功耗为11.5mW。在GSMC.18 1P6M工艺条件下,芯片整体版图面积为1860um×1870um,频率合成器版图面积为837um× 546um。根据设计方案制定芯片PCB测试方案,实测结果表明TPMS芯片在433MHz、915MHz工作模式下各项指标参数基本符合收发系统应用要求。
【图文】:

锁相,基本结构,预分频器,时钟抖动


声和时钟抖动是同一反映噪声特点的在不同域中的两种衡量方法,它们紧密相关,逡逑一定条件下可以相互推导[8]。逡逑锁相间接式频率合成器结构如图1.1所示,包括输入参考时钟、预分频器、逡逑PFD邋(鉴频鉴相器)、LPF邋(环路滤波器)、VCO邋(压控振荡器)、分频器列。其逡逑1逡逑

锁相环频率合成器


合频率合成电路结构灵活、捕捉范围大、线性、易于分析和实现等优势而广泛使逡逑用。锁相的直观理解为对信号的相位进行跟踪与锁定使输出频率与输入参考时钟逡逑最终达到同相稳频输出,实现近似静态零相位传输功能。如图2.1所示传统模拟逡逑锁相环频率合成器结构。由预分频器、鉴相器、环路滤波器、压控振荡器组成。逡逑/re('邋mm邋 ̄ ̄鉴相器|M|环路滤波器压控振器|邋/ou.逡逑— ̄邋(1/M)邋 ̄>邋(PD)邋—"邋(LPF)邋—邋(VCO)邋 ̄^逡逑图2.1模拟锁相环频率合成器结构逡逑如何“频率合成”?如图2.1所示,频率合成器电路为闭环负反馈系统,逡逑可实时跟踪fre达到稳定频率输出。由巴克豪森理论可知,负反馈系统对向前通路逡逑的增益变化和误差不敏感,但对反馈回路参数的变化很敏感,,因此对反馈回路的逡逑精度和线性要求非常高,保证前向通道的高增益是设计锁相环频率合成器电路的逡逑原则之一,同时保证反馈回路增益的精确度和线性度[25]。fre是输入参考时钟通常逡逑是由稳定性高、高精度、低噪声的晶体振荡源产生,在锁相环捕捉带中存逡逑在一定相位差即此时处于失锁状态下,鉴相器完成参考时钟和输出时钟的相位比逡逑较并产生比较输出信号As
【学位授予单位】:湖南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TN74

【参考文献】

相关博士学位论文 前2条

1 卢磊;射频接收机中分数分频频率综合器的研究与设计[D];复旦大学;2009年

2 张涛;锁相环频率合成器建模、设计与实现[D];华中科技大学;2006年

相关硕士学位论文 前6条

1 何国军;基于环形振荡器的锁相环相位噪声研究[D];电子科技大学;2015年

2 郑丽斌;基于gm/ID的低功耗电路设计研究[D];杭州电子科技大学;2015年

3 吴洁;0.35um CMOS工艺多频点输出锁相环电路设计[D];上海交通大学;2013年

4 高飞;DDR2SDRAM控制器物理层主从控制DLL的设计[D];哈尔滨工业大学;2010年

5 邢志刚;小型化集群通信系统的射频链路实现[D];西安电子科技大学;2010年

6 刘Ya;宽带PLL环路滤波器的设计[D];东南大学;2006年



本文编号:2608355

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