面向60GHz分数型锁相环应用的分数分频器的设计

发布时间：2017-07-15 06:58

  本文关键词：面向60GHz分数型锁相环应用的分数分频器的设计

  更多相关文章： 锁相环 分数分频器 Delta-Sigma调制器 相位选择

【摘要】：随着美国Google等研究机构的手势雷达等创新性应用及基于60GHz频段的短距离雷达应用的逐渐兴起,在CMOS工艺集成度及速度不断提升的背景下,为降低系统功能成本,60GHz通信及雷达一体化系统的实现将成为可能。作为这样一个系统的重要组成部分：分数型锁相环,其杂散及相位噪声等性能至关重要。而作为分数型锁相环的关键电路模块,分数分频器直接决定时钟杂散等性能,具有重要研究价值。为此,本文选择应用于该系统的分数分频器开展研究。分数分频器包含前置二分频电路、相位选择器、辅助逻辑电路、整数多模分频器与Delta-Sigma调制器(下简称DSM)等模块。为提升电路性能,本论文采取了系统与电路协同设计的思路。在系统层面：1)基于锁相环锁定状态下的线性相位模型,分析了分数分频器对锁相环性能的影响；2)基于Matlab工具对DSM调制器进行建模,实现完整的分数分频器的建模仿真。在电路层面：综合运用落后相位切换逻辑和陷波结构DSM等多种新型技术,有效提升了系统性能。电路设计中,采用静态C2MOS逻辑结构实现前置二分频器,降低功耗并实现很宽的工作频率范围；2)在相位选择器方面,采取传输门实现,提出新型落后相位切换结构,减小了器件延时对电路功能正确性带来的影响；3)辅助逻辑电路为相位选择器提供预控制字,使得数字控制电路在预控制字周期内仍可以进行运算,进一步降低对数字控制电路的速率要求；4)为降低功耗,基于静态CMOS逻辑,整数多模分频器采用6级2/3分频器级联实现,在逻辑辅助电路作用下,完成16-127分频功能；5)为有效降低输出信号相位噪声,分频器输出信号被重定时器采样；6)为降低量化噪声对锁相环环路带宽的制约,本论文DSM调制器在MASH1-1-1结构基础上引入陷波滤波器结构。基于65nm CMOS工艺,本论文采用全定制电路及Synopsis数字逻辑综合流程,分别完成了二分频器和整数多模分频器等高速电路及DSM调制器和部分辅助电路,进而实现完整的分数分频器。分数分频器主体部分面积约为240um×420um。后仿真结果表明分数分频器工作正常,在最差ss工艺角下电路最高工作速度可达8.5GHz,分频范围为30-256,分频步进精度为0.5,在1.2V电源电压下直流电流8mA,满足设计要求。其中整数多模分频器进行了单独流片验证,测试结果显示其在1-7GHz频率范围内均正常工作,在3GHz工作频率下功耗3mW,满足系统要求。
【关键词】：锁相环 分数分频器 Delta-Sigma调制器 相位选择
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN772
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 研究背景及分数分频器综述11-14
• 1.2 分数分频器设计指标要求14-15
• 1.3 论文组织15-17
• 第2章 锁相环工作原理与分数分频器方案设计17-31
• 2.1 锁相环介绍17-22
• 2.1.1 锁相环的稳定性17-19
• 2.1.2 锁相环主要技术指标19-22
• 2.2 锁相环相位噪声分析及仿真22-26
• 2.2.1 DSM稳定性与噪声22-23
• 2.2.2 环路相位噪声分析23-24
• 2.2.3 环路相位噪声仿真24-26
• 2.3 分数分频器方案设计26-29
• 2.4 本章小结29-31
• 第3章 分数分频器建模仿真31-41
• 3.1 陷波结构DSM设计31-36
• 3.1.1 DSM频率控制字选择31-32
• 3.1.2 DSM环路数字滤波器设计32-34
• 3.1.3 逻辑电路硬件语言实现34-36
• 3.2 SIMULINK行为级建模仿真36-40
• 3.2.1 陷波结构DSM建模仿真36-37
• 3.2.2 分数分频器建模仿真37-40
• 3.3 本章小结40-41
• 第4章 分数分频器关键电路模块设计41-57
• 4.1 高速二分频器设计41-42
• 4.2 相位选择器与相位选择控制器设计42-51
• 4.2.1 相位选择器控制器设计42-44
• 4.2.2 相位选择器设计44-48
• 4.2.3 基本单元电路设计48-51
• 4.3 多模分频器设计51-55
• 4.3.1 多模分频器整体设计52-53
• 4.3.2 2/3分频器设计53-54
• 4.3.3 延时与重定时分析54
• 4.3.4 辅助电路设计54-55
• 4.4 本章小结55-57
• 第5章 分数分频器版图设计、后仿真与多模分频器测试57-69
• 5.1 版图设计考虑57-58
• 5.1.1 器件的匹配57
• 5.1.2 天线效应57-58
• 5.1.3 闩锁效应58
• 5.2 单元模块版图与仿真58-64
• 5.2.1 DSM版图58-59
• 5.2.2 二分频器与相位选择器版图与仿真59-61
• 5.2.3 多模分频器版图与仿真61-63
• 5.2.4 分数分频器整体版图与仿真63-64
• 5.3 多模分频器测试64-67
• 5.4 本章小结67-69
• 第6章 总结69-71
• 致谢71-73
• 参考文献73-75
• 攻读硕士学位期间发表的论文及专利75

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7 徐平原;程序分频器的工程设计[J];电子技术应用;1991年12期

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