基于无过冲环路滤波器的锁相环设计与验证

发布时间：2020-10-30 21:03

　　 锁相环是无线移动通信系统中的一种基本器件,快速锁定性能在高速跳频通信系统中较为重要。当锁相环工作时,瞬态响应中的过冲将减缓环路的锁定过程,是影响锁定时间的一种重要的原因。在现有的方案中,通常利用反馈延迟链路或者可编程分频器消除瞬态过冲,但是锁定时间的优化结果不理想,并且存在电路结构较复杂、时序抖动和不匹配等问题。针对以上问题,提出一种在环路滤波器中引入负反馈的方法,用于消除锁相环闭环传递函数中的零点,从而消除瞬态过冲,达到加速环路锁定的目的。对比已有消除瞬态过冲的方法,本论文提出的方法不仅具有更快的锁定速度,而且具有电路结构简单、时序抖动小和匹配性高的特性,因此具有一定的优越性。根据锁相环中实现快速锁定的重要性,重点分析了瞬态过冲对锁相环锁定时间的影响,以一种基于二阶比例积分环路滤波器的锁相环为例,分析了瞬态过冲产生的原因,并提出了一种利用消除瞬态过冲实现快速锁定锁相环的方法。通过对无瞬态过冲锁相环的S域模型分析,推导出该锁相环单位阶跃响应的传递函数。首先利用Matlab中的Simulink模型验证了该传递函数没有瞬态过冲。然后在Cadence中采用UMC 55 nm标准CMOS工艺搭建此基于无过冲滤波器的锁相环行的电路结构,实现了此设计方案的电路,并利用Spectre仿真软件得到了相应的实验结果。仿真结果表明,在1.2 V的工作电压下,该文设计方案中公式的计算结果与Simulink和Spectre仿真结果基本一致。通过对比已有电荷泵锁相环的瞬态阶跃响应,本论文设计的无瞬态过冲锁相环通过消除瞬态过冲,将锁定时间从3.12μs减小至1.67μs,优化了 46.47%的锁定时间。该实验结果证明本论文的设计方法可用于快速锁定的锁相环中,在高速跳频通信系统中具有一定的应用前景。
【学位单位】：湖北大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN911.8;TN713
【部分图文】：

湖北大学硕士学位论文??动的累加值［７２］。??杂散、边带，和相位噪声一样都是反映锁相环邻近信道产生干扰，严重影响信号接收、发中压控振荡器的控制端受到由电荷泵和鉴动产生的，此周期性扰动使锁相环频率合成器有尖峰；因为这个扰动是周期性产生的，所以率的地方出现［７３］，如图２．２。??—＂—

起的一个周期性的扰动产生的，此周期性扰动使锁相环频率合成器的输出信号频谱在偏??离中心频率两边出现有尖峰；因为这个扰动是周期性产生的，所以毛刺总是在偏离中心??频率的整数倍参考频率的地方出现［７３］，如图２．２。??ｉｔ?丨—＂—｜Ｔ??１１．?Ａ．１??＾—ｌ—＞??ｆｖＣ〇－ｎ＊ｆＲＥＦ?ｆ＼＾ＣＯ?ｆｖＣＯ＋ｎ＇ｆＲＥＦ??图２．２锁相环中的毛刺??瞬态过冲一般定义为电路脉冲中的第一个峰值或谷值超过系统所设定电压（或电流）??值的现象，主要表现为一个波峰峰值高于稳定时电压（或电流）的尖峰，如图２．３；瞬??态过冲一般发生于瞬时值超过最终值，当瞬时值低于最终值时，有时也可以称为“下冲”??［７４］。锁相环频率合成器中瞬态过冲的延长了锁相环的锁定时间，在某些情况下，适度的??瞬态过冲是可以容忍甚至具有积极作用的，比如在锐化影像的情况下，增加瞬态过冲可??以提高系统的锐度。但一般情况下瞬态过冲的影响都是消极的，尤其是有可能产生削波??现象的情况下；严重的瞬态过冲不仅会破坏系统的性能参数，甚至还会导致电路元器件??的失效。例如在有线通信方面，电信系统中的一个转发器链路需要通过将多个锁相环级??联在一起来实现

图３．１锁相环中的瞬态过冲??瞬态过冲的本质是锁相环幅频特性响应中产生的峰值和抖动关系，受到锁相环中因子、相位裕度、增益系数和闭环零点等多个系统参数影响。例如在小阻尼（ｆ?Ｓ?０．７０７?）
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本文编号：2862999