CMOS集成可编程电荷泵锁相环的研究与设计

发布时间：2017-09-13 23:52

  本文关键词：CMOS集成可编程电荷泵锁相环的研究与设计

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【摘要】：电荷泵锁相环的设计越来越多的出现在现代的电路系统设计中,其低功耗、低抖动、捕获频率范围较大等优异性能,受到硬件设计工程师的青睐。本文从锁相环的发展历史讲起,介绍了锁相环的理论从诞生到现在的发展历史,为以后的理论研究方向作为参考;系统地说明了带有电荷泵的锁相环的基本理论,讲述了锁相环的常用的内部构造和数学模型,可以用于产生性能稳定的时钟;并对锁相环整体电路系统及其内部各模块的性能做了比较全面的介绍。文中较为详尽的介绍了一种电流可编程的电荷泵型锁相环电路。从锁相环的基本结构出发,对锁相环的大部分模块进行了改进和优化,尤其是鉴频鉴相器模块和电荷泵模块的设计,采用了新型结构。其中鉴频鉴相器使用了类似真实单相时钟D触发器的结构,电荷泵的设计采用了充电电流补偿的结构。设计中采用的chrt018IC-TGO 0.18μm CMOS工艺,1.8V标准电源电压。使用Cadence软件中的Spectre仿真组件进行的仿真分析,首先对各模块的局部性能进行仿真,然后进行整个锁相环的性能仿真。从仿真测试的结果来看,本设计提高了电路的速度,并且在很大程度上减小了鉴相“死区”;提升了电荷泵充电速度,可以更快的使输出信号锁定,主要性能基本都符合设计的目标要求。
【关键词】：CMOS 锁相环 可编程电荷泵 Cadence
【学位授予单位】：河北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN911.8
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-14
• 1.1 锁相环的发展史和国内外发展现状9-10
• 1.2 课题研究与设计的目的和意义10-12
• 1.3 锁相环在工程设计中的应用12
• 1.4 论文组织12-14
• 第2章 锁相环的工作原理14-25
• 2.1 锁相环的基本结构14-15
• 2.2 锁相环中的各个基本模块15-24
• 2.2.1 鉴相器（PD）15-20
• 2.2.2 环路滤波器（LPF）20-22
• 2.2.3 压控振荡器（VCO）22-23
• 2.2.4 电荷泵（CP）23-24
• 2.3 本章小结24-25
• 第3章 锁相环的各项性能指标25-32
• 3.1 锁相环的性能指标25-26
• 3.1.1 捕获频率范围25
• 3.1.2 锁定时间25
• 3.1.3 同步范围25-26
• 3.1.4 拉出范围26
• 3.1.5 相位噪声与抖动26
• 3.1.6 面积和功耗26
• 3.2 锁相环电路各模块的性能指标26-31
• 3.2.1 鉴相器（PFD）的性能指标26-28
• 3.2.2 电荷泵的非理想因素对系统性能的影响28-30
• 3.2.3 压控振荡器的性能指标30-31
• 3.3 本章小结31-32
• 第4章 锁相环电路系统的设计32-49
• 4.1 锁相环电路设计指标及MOS管参数的确定32-33
• 4.2 锁相环电路系统架构设计33-36
• 4.3 鉴频鉴相器(PFD)的设计36-39
• 4.3.1 几种常见的鉴频鉴相器36-38
• 4.3.2 本文锁相环中PFD的设计38-39
• 4.4 电荷泵（CP）的设计39-43
• 4.5 滤波器（LPF）的设计43-44
• 4.6 压控振荡器（VCO）的设计44-47
• 4.7 分频器（Frequence Divider）的设计47-48
• 4.8 本章小结48-49
• 第5章 锁相环的仿真与测试49-60
• 5.1 鉴频鉴相器的（PFD）的性能仿真49-51
• 5.2 电流可编程电荷泵（CP）的性能仿真51-53
• 5.3 压控振荡器（VCO）的性能仿真53-54
• 5.4 分频器（Frequence Divider）的参数仿真54
• 5.5 锁相环系统的参数性能仿真54-59
• 5.5.1 锁相环系统输入/输出信号的仿真55-57
• 5.5.2 锁相环系统锁相过程内部信号的仿真57-59
• 5.6 本章小结59-60
• 第6章 结语60-61
• 参考文献61-64
• 附录64-67
• 致谢67

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本文编号：846646