基于CMOS的线性锁相环研究与设计

发布时间：2017-09-09 16:11

  本文关键词：基于CMOS的线性锁相环研究与设计

  更多相关文章： CMOS 锁相环 压控振荡器 线性化 电容阵列

【摘要】：近年来集成电路制造工艺的进步,推动了无线通信技术的迅速发展。无线通信系统由三部分电路组成:射频收发链路、信号处理后端和用户端接口,其中射频收发链路是整个系统的基础和关键,其性能好坏对整个系统的性能有至关重要的影响,实现全集成、多制式、低成本的无线收发器已成必然趋势。而锁相环作为接收链路和发射链路共同的一部分,也是整个射频收发链路中最为关键的一部分,是无线收发器的核心电路,其性能好坏影响了接收链路和发射链路的性能好坏,是决定收发器性能好坏的关键因素,但也同时是实现全集成无线收发器的主要难点。本文首先介绍了锁相环在数字系统、模拟信号调制解调和射频收发链路中的应用,重点介绍锁相环在频率综合器中的应用。接着针对Σ-Δ小数频率合成器常用的电荷泵锁相环结构进行分析,介绍了锁相环基本工作原理,分析和比较了电荷泵锁相环中的各个常用模块,并且针对存在的一些问题进行了讨论,提出了常用的解决办法。然后对电荷泵锁相环进行了环路分析,并分析了压控振荡器的非线性粗调谐特性对锁相环性能的影响。针对锁相环存在的非线性的问题,基于锁相环环路各个模块电路,将确定电路之后的参数加入环路分析之中,获取对压控振荡器粗调谐特性线性度的要求。针对压控振荡器的非线性粗调谐特性的问题,本文提出了一种新型电容阵列结构的线性粗调谐压控振荡器。不同于传统压控振荡器,该压控振荡器只有一组MOS电容,通过四路数字信号控制电阻阵列和电流源阵列得到一组偏置直流电压,构成等效电容阵列进行粗调谐,一路模拟控制电压通过电流叠加的方式叠加在MOS变容管的控制电压信号上,进行精细调谐。电阻阵列控制不同数字信号下的调谐增益KVCO,和电流源阵列共同产生直流偏置电压控制步进频率,可以灵活精确设置不同数字信号控制下的电容值大小,以取得线性的粗调谐特性。仿真结果显示该压控振荡器在不同数字控制信号下的调谐特性几乎相同,相比于传统二进制电容阵列拥有更好的粗调谐特性。在此基础上,采用CSMC 0.18μm的CMOS六层金属工艺对锁相环电路进行设计与仿真,完成了5.8GHz单片集成锁相环的设计,并对电感电容压控振荡器进行了流片。
【关键词】：CMOS 锁相环 压控振荡器 线性化 电容阵列
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN859;TN402
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-16
• 1.1 研究意义11-12
• 1.2 国内外研究背景12-14
• 1.3 本文的主要研究内容及主要创新点14-15
• 1.4 本文的结构安排15-16
• 第二章 锁相环的应用16-23
• 2.1 基于锁相环的数字时钟偏斜抑制16-17
• 2.2 基于锁相环的时钟产生器17
• 2.3 基于锁相环的时钟数据恢复电路17-18
• 2.4 锁相环型频率综合器18-20
• 2.5 锁相环用于模拟信号的调制解调20-21
• 2.5.1 锁相环调制电路20
• 2.5.2 锁相环解调电路20-21
• 2.5.3 锁相环检波电路21
• 2.6 锁相环混频电路21-22
• 2.7 本章小结22-23
• 第三章 锁相环原理与子模块分析23-47
• 3.1 锁相环工作原理23
• 3.2 鉴相器23-27
• 3.2.1 EXOR鉴相器24-25
• 3.2.2 JK鉴相器25
• 3.2.3 鉴频鉴相器25-27
• 3.3 电荷泵27-28
• 3.4 电荷泵存在的问题28-33
• 3.4.1 电荷重分配问题28-29
• 3.4.2 高速毛刺29-32
• 3.4.3 低速毛刺32-33
• 3.5 压控振荡器33-39
• 3.5.1 环形振荡器33-34
• 3.5.2 反馈型LC-VCO34-36
• 3.5.3 负阻型LC-VCO36-39
• 3.6 无源环路滤波器39-41
• 3.7 分频器41-43
• 3.8 VCO非线性对环路影响的分析43-45
• 3.8.1 同步范围44
• 3.8.2 拉出范围44-45
• 3.8.3 锁定范围45
• 3.9 本章小结45-47
• 第四章 线性锁相环电路设计47-70
• 4.1 鉴频鉴相器设计47-49
• 4.2 死区效应49-50
• 4.3 电荷泵设计50-52
• 4.4 环路滤波器设计52
• 4.5 分频器设计52-53
• 4.6 环路参数分析53-56
• 4.7 新型线性调谐特性LC-VCO56-68
• 4.7.1 调谐特性分析57-61
• 4.7.2 等效电容阵列电路61-63
• 4.7.3 VCO电路设计63-68
• 4.8 本章小结68-70
• 第五章锁相环电路版图设计70-81
• 5.1 鉴频鉴相器版图设计70-71
• 5.2 电荷泵版图设计71
• 5.3 分频器版图设计71-72
• 5.4 压控振荡器版图设计72-73
• 5.5 电感版图设计与优化73-78
• 5.6 电感仿真结果78-80
• 5.7 本章小结80-81
• 第六章 总结和展望81-82
• 6.1 总结81
• 6.2 展望以及后续工作81-82
• 致谢82-83
• 参考文献83-88
• 攻读硕士期间获得的成果88

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本文编号：821436