【摘要】：頻率合成器是射頻收發(fā)機(jī)的重要組成部件,其作用是為收發(fā)機(jī)提供高穩(wěn)定度、低相位噪聲、有足夠驅(qū)動(dòng)能力的本地振蕩信號(hào)。在基于電荷泵鎖相環(huán)的毫米波頻率合成器中,由于可編程分頻器的工作頻率受限,系統(tǒng)通常使用固定分頻比的分頻器(比如,二分頻)將壓控振蕩器的輸出信號(hào)進(jìn)行分頻后再做進(jìn)一步處理。本文簡(jiǎn)要論述了電荷泵頻率合成器的結(jié)構(gòu)、線性化模型及噪聲模型,確定了分頻器對(duì)環(huán)路噪聲性能的影響。在此基礎(chǔ)上,總結(jié)和比較了目前在毫米波頻段廣泛采用的注入鎖定式、再生式、數(shù)字式分頻器的原理、結(jié)構(gòu)以及性能優(yōu)劣。由系統(tǒng)對(duì)分頻器的指標(biāo)要求可知,寬工作溫度范圍、寬頻率范圍與低相位噪聲特性是主要的設(shè)計(jì)目標(biāo)。在結(jié)合文獻(xiàn)調(diào)研的基礎(chǔ)上,最終確定了以高工作頻率、大帶寬、低相位噪聲為特點(diǎn)的再生式分頻器作為主要研究方向。在保證電路良好的高頻性能的前提下,本文對(duì)傳統(tǒng)再生式分頻器的電路結(jié)構(gòu)做了一定的簡(jiǎn)化與改進(jìn):為了盡量減小芯片面積,去除了跨阻放大器和峰化電感;為了達(dá)到良好的低頻性能,混頻器負(fù)載節(jié)點(diǎn)并聯(lián)電容。本文對(duì)吉爾伯特雙平衡混頻器的傳輸特性以及頻率響應(yīng)特性進(jìn)行了詳細(xì)分析,并在0.13μm SiGe BiCMOS工藝下完成了一款再生式二分頻電路的設(shè)計(jì)、前仿真、版圖設(shè)計(jì)、后仿真、電磁場(chǎng)混合后仿真以及測(cè)試方案的制定。電磁場(chǎng)混合后仿真結(jié)果如下:在仿真結(jié)果最差條件(SS工藝角,125℃)下,分頻范圍為20~50GHz,相位噪聲性能為-125.0dBc/Hz@1kHz、-142.7dBc/Hz@1MHz,工作電流為43.7mA。電磁場(chǎng)混合仿真結(jié)果表明,該設(shè)計(jì)滿足指標(biāo)要求,并保留了一定的設(shè)計(jì)余量。本文設(shè)計(jì)的寬帶高速二分頻器電路已應(yīng)用于超寬帶毫米波頻率源芯片中。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN74;TN772
【圖文】：

（b）PFD/CP 的工作波形圖 2-4 PFD/CP 的結(jié)構(gòu)圖與工作波形 表示為reff 與backf 之間的相位差。由文獻(xiàn)[16]論述的原理分析可得到out cp cp( )( ) ( )2tI t I t K 2.1）進(jìn)行拉普拉斯變換，得到其 PFD/CP 的傳遞函數(shù)為cpcp( )( ) 2II sKs 濾波器器濾除 CP 輸出電流中的高頻交流分量，同時(shí)將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信C 濾波器，其輸入阻抗記作 Zlf(s)。器中的環(huán)路濾波器的結(jié)構(gòu)如圖 2-5 所示，分為兩種類型：無源濾波器與ICPR1C2C3R3VcR1C1C2C2Vc

分頻器內(nèi)核輸入緩沖電路輸出緩沖電路偏置電路圖 3-1 再生式分頻器的基本實(shí)現(xiàn)框圖由于微波測(cè)試儀器均為 50 歐姆輸出，這就要求芯片的輸入輸出阻抗均為 50 歐姆。輸入緩沖電路的作用是提供輸入 50 歐姆匹配，同時(shí)起到電平移位的作用，為核心電路提供合適的偏置條件。輸出緩沖電路的作用是提供 50 歐姆輸出匹配，同時(shí)也保證一定的輸出信號(hào)擺幅。偏置電流源的作用是為以上各個(gè)電路模塊提供合理的電流偏置。分頻器的內(nèi)核電路是實(shí)現(xiàn)分頻功能的核心電路，即將輸入信號(hào)的頻率降一半并輸出。3.1.2 器件類型的選擇本次設(shè)計(jì)采用的 0.13μm SiGe BiCMOS 工藝提供了 MOSFET 和 HBT 兩種不同類型的有源器件。如圖 3-2 所示，HBT 與 NMOS 特征頻率的對(duì)比為器件類型的選擇提供了依據(jù)。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 劉法恩;基于CMOS工藝的射頻毫米波鎖相環(huán)集成電路關(guān)鍵技術(shù)研究[D];東南大學(xué);2015年

2 郭婷;應(yīng)用于硅基成像陣列的毫米波寬帶分頻器研究與芯片設(shè)計(jì)[D];東南大學(xué);2015年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 張建;高性能注入鎖定分頻器關(guān)鍵技術(shù)研究[D];天津大學(xué);2014年

本文編號(hào)：2726338