深亚微米级CMOS数字广播无线接收前端中频率综合器的研究

发布时间：2017-12-22 07:04

  本文关键词：深亚微米级CMOS数字广播无线接收前端中频率综合器的研究　出处：《东南大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

  更多相关文章： 数字广播 宽带锁相环 宽带VCO 相位噪声 分频器 分频器抖动 鉴频鉴相器 电荷泵 电流失配 谐波抑制 正交分频器 数字广播系统应用

【摘要】：广播与通信的数字化一直以来都是无线通信技术发展的重要方向。近年来出现了许多数字广播标准,如DRM (Digital Radio Mondiale)和DAB(Digital Audio Broadcasting)。本文主要对数字广播接收机芯片中的频率综合器进行分析研究,基于SMIC 0.18μm CMOS工艺设计完成了适用于数字广播系统的锁相环频率综合器模块,并进行了流片验证,最终与接收芯片进行了系统级测试与验证。本文主要研究内容创新点为：1.对目前主流的锁相环结构进行了分析与设计,根据数字广播中频率综合器的设计指标,选择了整数分频电荷泵锁相环结构,进行了模块参数制定与优化,对各模块指标进行了分配并进行了行为级的仿真。2.对LC调谐的压控振荡器(LC-VCO)进行了研究与设计。基于LTI模型与LPVT模型对相位噪声的产生机理与优化手段进行深入研究与分析,提出通过插入漏极电阻进行相位噪声优化的方法,并进行相关的定量分析；针对所需频段,对谐振腔电容及电感的数值比例进行定量计算与仿真,优化了无源器件的结构与参数。针对所设计的LC-VCO调谐范围与控制模式,设计并实现了基于查找表的自动频率校准模块。电路采用中芯国际SMIC 0.18μm RF-CMOS工艺实现,对芯片进行键合测试。测试结果表明：设计的LC-VCO达到设计指标,并且具有优越的相位噪声特性,自动频率校准模块能够完成校准功能。3.对锁相环反馈分频器进行了研究与设计。针对数字广播系统的特殊性,反馈分频器具有分频比大、分频范围宽等特点。针对系统要求,本文设计了适用于宽带VCO输出信号的电流模逻辑(CML)结构双模预分频器,并对其噪声抖动性能进行分析与研究；针对PS计数器模块,本文设计了适用于毛刺抑制的触发器结构。电路采用中芯国际SMIC 0.18μm RF-CMOS工艺实现,对芯片进行键合测试。测试结果表明：所设计的电路能够在宽频带输入情况下完成分频功能。4.对鉴频鉴相器与电荷泵进行了研究与设计。本文采用无死区PFD结构,采用差分信号控制电荷泵电流的充放电；通过分析电荷泵的非理想特性对输出杂散的影响,提出了双误差放大器电荷泵结构,优化其电流失配性能。电路采用中芯国际SMIC 0.18μm RF-CMOS工艺实现,对芯片进行键合测试。测试结果表明：所设计的鉴频鉴相器逻辑正确且无死区,所设计的电荷泵结构改善了输出电流失配特性。5.对输出正交分频器进行了研究与设计。基于本振方波叠加原理,对谐波混频与谐波抑制原理进行分析与研究,设计了适用于谐波抑制混频器的正交分频器模块,该模块针对低频本振能提供8路正交信号,以构成谐波抑制混频器所需的伪正弦信号。针对L波段高频本振,则产生4路25%占空比的信号,以提高混频器的转换增益。电路采用中芯国际SMIC 0.18μm RF-CMOS工艺实现,对芯片进行键合测试。测试结果表明：正交分频器能够正确输出所需正交信号,并且配合谐波抑制混频器能够改善对三次与五次谐波的抑制特性。6.对所设计的锁相环进行了芯片集成,实现了完整的锁相环功能,并且配合射频通道模块进行了整体接收机芯片的集成,最终实现了完整的数字广播接收系统,并给出了相关测试结果。在实验室环境下,成功实现了数字音频信号的无线传输与接收。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN934.3

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本文编号：1318851