锁相环内建参数测量电路设计

发布时间：2017-04-24 05:05

  本文关键词：锁相环内建参数测量电路设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：锁相环是高速通信系统和系统芯片中必不可少的模块之一,应用十分广泛。锁相环测试需求随着其使用数量增加而逐步提高,而传统锁相环测试方案已经无法满足该需求,因为传统测试方案依赖片外测试设备,具有测试成本高、测量准确度低、设备应用具有局限性等缺点。为了解决上述问题,内建自测试(Built-in self-test,BIST)方法是一种有效的解决方案。抖动作为锁相环重要参数之一,在锁相环测试领域显得越来越重要,锁相环内建抖动测量电路(Built-in jitter measurement, BUM)已成为现在的研究热点。本文首先综述了锁相环、抖动以及锁相环BUM技术三部分,提出本文的设计目标是全数字高精度内建抖动测量电路。接着分析现有欠采样抖动测量技术存在的问题,包括采样时钟要求严格、测量精度不高、硬件开销大等。针对这些问题,本文提出基于中央对称欠采样内建抖动测量(US-BUM)技术,该技术包括互采样、中央对称技术和可预测性抖动测量技术。1)互采样利用片上多个锁相环进行相互测量,通过多组测量值求出每个锁相环的抖动值,减少对理想时钟的依赖。2)中央对称技术包括一种改进的抖动信息提取(中央对齐)方式和基于对称舍弃法的采样数据处理方式。改进的中央对齐方式可以有效过滤其他抖动成分,从而测量锁相环周期间抖动；对称舍弃法则对每个跳变过渡区直接进行概率密度函数直方图统计,且对采样值取绝对值。3)可预测性抖动测量技术是指对一组锁相环进行多种分辨率的测量.通过最佳测量比或测量预测得到最终的测量结果。对于提出的基于中央对称US-BUM测量技术,首先在MATLAB环境中搭建其行为级模型,实验结果表明测量分辨率与测量结果呈现线性相关(相关系数为-0.985),互采样测量结果是待测锁相环和采样锁相环抖动的综合作用。接着,在SMIC 40nm LL工艺下,通过标准数字设计流程实现测量电路的前后端设计,通过前仿真验证测量电路各个模块功能正确性,后端版图面积为4434.6μm2(占锁相环面积8.8%),版图后仿真显示本文提出的基于中央对称US-BUM测量电路平均误差为1.92%。最后,本电路利用Altera公司的DE2-115开发板进行验证,测量误差为3.9ps。
【关键词】：锁相环 欠采样 内建抖动测量 中央对称 测量误差
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN911.8
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-14
• 1.1 课题研究背景和意义8-9
• 1.2 课题国内外研究现状9-10
• 1.3 论文主要工作10-11
• 1.4 论文组织结构11-14
• 第二章 锁相环内建参数测量技术研究综述14-30
• 2.1 锁相环综述14-17
• 2.1.1 锁相环的结构与应用14-16
• 2.1.2 锁相环的参数16-17
• 2.2 锁相环抖动分析17-22
• 2.2.1 抖动产生的原因及分类18-20
• 2.2.2 抖动与相位噪声的关系20-21
• 2.2.3 抖动测量的应用场景21-22
• 2.3 锁相环BIJM技术综述22-28
• 2.3.1 基于电容充电的BIJ22-23
• 2.3.2 基于TA的BIJM23-24
• 2.3.3 基于VDL的BIJM24-25
• 2.3.4 基于采样的BIJM25-27
• 2.3.5 其他方法及总结27-28
• 2.4 本章小结28-30
• 第三章 基于中央对称US-BIJM抖动测量关键技术30-46
• 3.1 基于欠采样的抖动测量方法30-35
• 3.1.1 基于欠采样的抖动测量原理31-32
• 3.1.2 基于欠采样的抖动测量电路32-35
• 3.2 基于中央对称US-BIJM技术35-40
• 3.2.1 互采样测量原理35-36
• 3.2.2 改进的抖动信息提取方式36-37
• 3.2.3 基于对称舍弃法的采样数据处理方式37-38
• 3.2.4 电路框图及工作流程38-40
• 3.3 基于中央对称US-BIJM电路行为级验证40-45
• 3.3.1 测量分辨率对测量结果的影响41-42
• 3.3.2 互采样对测量结果的影响42-43
• 3.3.3 可预测性抖动测量技术43-45
• 3.4 本章小结45-46
• 第四章 基于中央对称US-BIJM抖动测量电路设计与分析46-60
• 4.1 基于中央对称US-BIJM电路设计46-50
• 4.1.1 基于中央对称US-BIJM前端设计46-48
• 4.1.2 基于中央对称US-BIJM后端设计48-50
• 4.2 基于中央对称US-BIJM电路分析50-58
• 4.2.1 基于中央对称US-BIJM技术模块级前仿分析50-52
• 4.2.2 基于中央对称US-BIJM技术电路级后仿分析52-56
• 4.2.3 基于中央对称US-BIJM电路FPGA验证56-58
• 4.3 本章小结58-60
• 第五章 总结与展望60-62
• 5.1 总结60-61
• 5.2 展望61-62
• 致谢62-64
• 参考文献64-68
• 作者简介68

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