本文關(guān)鍵詞：應(yīng)用于臨近空間飛行器的Ka波段PLL的設(shè)計

  更多相關(guān)文章： 鎖相環(huán) 鑒頻鑒相器 電荷泵 壓控振蕩器 分頻器

【摘要】：本文闡述了臨近空間的研究背景,給出了鎖相環(huán)在臨近空間飛行器的應(yīng)用,并且介紹了鎖相環(huán)的歷史和相關(guān)知識。在整體上從基本原理分析、性能優(yōu)化和電路設(shè)計三個方面對臨近空間飛行器的Ka波段鎖相環(huán)進行了研究和設(shè)計。首先,本文系統(tǒng)的分析了鎖相環(huán)的原理,并且對鎖相環(huán)各個模塊性能對整體性能的影響做出了分析,同時討論了優(yōu)化方法。在整體設(shè)計的部分,給出了具體的設(shè)計流程,并且設(shè)計了具有最優(yōu)相位裕度的鎖相環(huán)。其次,本文完成了從整體分析到具體電路設(shè)計和實現(xiàn)的工作。本文采用了帶復(fù)位端D觸發(fā)器組成的鑒頻鑒相器,在輸出端采用兩路反相器產(chǎn)生電荷泵所需的相反信號,為了使控制信號具有良好的對稱性,在反相器鏈上采用了鎖存器結(jié)構(gòu),并達到了預(yù)期效果；設(shè)計了一種基于電流轉(zhuǎn)向原理的電荷泵,并采用了單位增益放大器固定輸出電位,滿足了電荷泵對充放電流的高匹配性要求：設(shè)計了一種高頻可重構(gòu)的壓控振蕩器,滿足了輸出兩個頻段的要求。另外為了減小相位噪聲的影響,采用濾波技術(shù)進行優(yōu)化；分頻器采用基于真單一結(jié)構(gòu)的D觸發(fā)器作為基本單元,真單一結(jié)構(gòu)有助于降低功耗,另外真單一結(jié)構(gòu)用到的MOS管較少,減小了版圖面積：最后,本文完成了鎖相環(huán)的物理版圖設(shè)計。在版圖設(shè)計中,對壓控振蕩器、分頻器、鑒頻鑒相器和電荷泵模塊采用對稱布局,以達到其高對稱性的要求；由于壓控振蕩器工作頻率較高,單獨對其加入保護環(huán),以減少噪聲干擾。本文使用SMIC 180m Mixed-Signal 1P6M CMOS工藝進行電路原理圖仿真、版圖設(shè)計和提取寄生參數(shù)及后仿真,版圖面積約為73mm2,最大功耗為45.12mW,輸出相位噪聲小于90.1dBc/Hz@1kHz,-101.01dBc/Hz@10kHz,-115.7dBc/Hz @100kHz,后仿真鎖定時間小于5us,整體設(shè)計達到了設(shè)計要求。
【關(guān)鍵詞】：鎖相環(huán) 鑒頻鑒相器 電荷泵 壓控振蕩器 分頻器
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V443
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-10
• 1 引言10-12
• 1.1 研究背景及意義10-11
• 1.2 主要工作及章節(jié)安排11-12
• 2 鎖相環(huán)的基本原理介紹12-19
• 2.1 鎖相環(huán)原理綜述12-16
• 2.1.1 鎖相環(huán)的分類12-14
• 2.1.2 鎖相環(huán)的基本結(jié)構(gòu)14-15
• 2.1.3 鎖相環(huán)的應(yīng)用15-16
• 2.2 鎖相環(huán)的主要性能指16-18
• 2.2.1 鎖相環(huán)的輸出范圍16
• 2.2.2 鎖定時間16-17
• 2.2.3 相位噪聲17
• 2.2.4 時鐘抖動17-18
• 2.3 本章小結(jié)18-19
• 3 鎖相環(huán)基本模塊電路分析19-36
• 3.1 鑒頻鑒相器19-21
• 3.2 電荷泵21-28
• 3.2.1 電荷泵基本原理和電路結(jié)構(gòu)21-26
• 3.2.2 鑒頻鑒相器和電荷泵的噪聲26-28
• 3.3 環(huán)路濾波器28-29
• 3.4 壓控振蕩器29-33
• 3.4.1 壓控振蕩器原理29-32
• 3.4.2 壓控LC振蕩器結(jié)構(gòu)32-33
• 3.5 分頻器33-35
• 3.6 本章小結(jié)35-36
• 4 電路設(shè)計和仿真36-59
• 4.1 鑒頻鑒相器和電荷泵36-42
• 4.1.1 設(shè)計中的非理想效應(yīng)36-38
• 4.1.2 鑒頻鑒相器的設(shè)計38-41
• 4.1.3 電荷泵的設(shè)計41-42
• 4.2 環(huán)路濾波器設(shè)計42-44
• 4.2.1 環(huán)路濾波器噪聲分析42-43
• 4.2.2 參數(shù)設(shè)計43-44
• 4.3 壓控振蕩器44-51
• 4.3.1 電感和電容44-46
• 4.3.2 噪聲分析46-47
• 4.3.3 壓控振蕩器的設(shè)計47-51
• 4.4 分頻器51-55
• 4.4.1 預(yù)分頻51-52
• 4.4.2 可編程分頻52-53
• 4.4.3 分頻器仿真53-55
• 4.5 整體仿真55-58
• 4.6 本章小結(jié)58-59
• 5 版圖設(shè)計和后仿真59-68
• 5.1 版圖設(shè)計流程和失效59-60
• 5.2 版圖設(shè)計規(guī)則60-61
• 5.3 版圖設(shè)計61-63
• 5.4 版圖設(shè)計仿真結(jié)果63-67
• 5.4.1 鎖定時間64-65
• 5.4.2 相位噪聲65-66
• 5.4.3 仿真總結(jié)66-67
• 5.5 本章小節(jié)67-68
• 6 結(jié)論68-69
• 參考文獻69-72
• 作者簡歷及攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果72-74
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集74

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