發(fā)布時(shí)間：2020-07-11 06:46

【摘要】：隨著時(shí)代的發(fā)展,人們對微處理器性能的需求變得越來越高,微處理器的設(shè)計(jì)水平也隨之進(jìn)入了高速發(fā)展的時(shí)代,在工藝和制造技術(shù)的不斷提升過程中,工藝尺寸變得越來越小,微處理器的性能也隨著設(shè)計(jì)技術(shù)和工藝水平的提高,處理速度越來越快,功耗卻越來越低,鎖相環(huán)電路(Phase Locked Loops,PLL)可以對外部輸入的低速低頻時(shí)鐘進(jìn)行頻率合成,為微處理器提供高速時(shí)鐘。電荷泵鎖相環(huán)(CPPLL)具有高速、低功耗、低抖動(dòng)等優(yōu)點(diǎn),因此在實(shí)際應(yīng)用中有非常重要的地位。大規(guī)模集成電路技術(shù)在當(dāng)今時(shí)代已經(jīng)具有非常成熟的技術(shù),CMOS工藝具有低成本、低功耗、高集成度、抗干擾能力強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn),在目前的電路設(shè)計(jì)中應(yīng)用十分廣泛,同時(shí)CMOS工藝在當(dāng)今設(shè)計(jì)制造中也變得越來越無法替代,成為具有前景發(fā)展的工藝制造技術(shù)之一。因此,設(shè)計(jì)一款高效高速CMOS鎖相環(huán)就具有了非常實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。本文在第一章介紹了鎖相環(huán)的發(fā)展歷程及背景,隨后分析闡述了鎖相環(huán)的結(jié)構(gòu)構(gòu)成及基本的工作原理。其次介紹了在電路設(shè)計(jì)過程中會(huì)遇到的對電路性能造成影響的效應(yīng)及解決方案。然后以線性時(shí)不變模型為基礎(chǔ),推導(dǎo)出鎖相環(huán)各模塊噪聲源傳遞到輸出端的函數(shù),并以此為依據(jù),從設(shè)計(jì)的角度對噪聲進(jìn)行優(yōu)化。在進(jìn)行了系統(tǒng)的理論分析后,對鎖相環(huán)五個(gè)基本模塊進(jìn)行了深入的分析研究,對于,PFD電路,采取增加延時(shí)來減小鑒相死區(qū);電荷泵電路采用了差分式的結(jié)構(gòu),從而提高電荷泵的電流充放電匹配度;本文設(shè)計(jì)的鎖相環(huán)采用壓控振蕩器為電容電感式VCO,這種結(jié)構(gòu)的VCO擁有更好的噪聲性。本文從最基本的鎖相環(huán)工作原理著手分析,通過理論與實(shí)際設(shè)計(jì)的相結(jié)合,優(yōu)化電路中不良因素,設(shè)計(jì)了一款高效高速鎖相環(huán),主要分析如何降低寄生電容產(chǎn)生的影響以及如何降低聲噪優(yōu)化電路等方面進(jìn)行系統(tǒng)的討論與研究。整個(gè)鎖相環(huán)最終滿足具體應(yīng)用所設(shè)定的指標(biāo)參數(shù)。在SMIC0.18μm的工藝基礎(chǔ)上,本文設(shè)計(jì)給出了一款LC電荷泵鎖相環(huán)電路。芯片電源電壓1.8V,輸入?yún)⒖碱l率10MHz,頻率鎖定范圍為5.1GHz到5.4GHz;在芯片工作頻率范圍內(nèi),環(huán)路鎖定時(shí)間不大于60μs。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TP332;TN432
【圖文】：

入信號和輸出信號在頻率上也保持一個(gè)恒定關(guān)系，當(dāng)輸出信號和外部參考信號的相差為零或一個(gè)固定數(shù)值時(shí)，此時(shí)該鎖相環(huán)電路為鎖定狀態(tài)。由于鎖相環(huán)電路結(jié)構(gòu)相簡單，性能應(yīng)用廣泛，因此，在很多領(lǐng)域得到認(rèn)可及應(yīng)用。作為現(xiàn)代數(shù)字通信系統(tǒng)最常用的模塊之一，鎖相環(huán)電路多用于調(diào)頻和解調(diào)調(diào)幅信號，同時(shí)還能用于過濾噪聲識別微弱信號等。2.2 鎖相環(huán)電路的基本工作原理歸根結(jié)底，鎖相環(huán)電路相當(dāng)于一個(gè)閉環(huán)的負(fù)反饋系統(tǒng)，其主要功能就是將相位頻率都不同的初始輸入輸出信號最終達(dá)到同步狀態(tài)。比較系統(tǒng)的反饋信號和輸入信的相位差，通過對壓控振蕩器輸出的調(diào)整，使得最終輸出的反饋信號和輸入信號擁相同的相位和頻率，或者其頻率相同，相位差為固定不變值。鑒相器（PD）、環(huán)路波器（LF）和壓控振蕩器（VCO）三個(gè)基本模塊可組成一個(gè)基本的鎖相環(huán)電路。相環(huán)中加入分頻器時(shí)可形成頻率合成器，實(shí)現(xiàn)倍頻的功能。圖 2.1 所示為一個(gè)鎖相環(huán)路電路結(jié)構(gòu)：

圖 2.2 鎖相環(huán)電路中的模塊用其傳輸函數(shù)所得到的閉合回路通過圖中，可以得到系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為式（2-1）：'0( ) (s)( )( )d vco LFopenes K K HH ss sN (2-通過計(jì)算，可以進(jìn)而得到系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)如下，式（2-2）：' '0 0'0( ) ( ) ( )(s)( )( ) ( ) ( ) 1 ( ) (s)opend vco LFclosedr e open d vco LFs s H sK K HH ss s s NH s sN K K H (2-上一小節(jié)中，提到濾波器會(huì)直接影響到鎖相環(huán)電路的動(dòng)態(tài)性能，因此，主要對無源濾波器進(jìn)行分析，圖 2.3 為二階無源濾波器的結(jié)構(gòu)圖：

電路中的模塊用其傳輸函數(shù)所得到的開環(huán)傳遞函數(shù)為式（2-1）：'0( ) (s)( )( )d vco LFpenes K K H ss sN 系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)如下，式'0'0( ) ( )( ) ( ) 1 ( ) opene open s H ss s NH s sN 會(huì)直接影響到鎖相環(huán)電路的動(dòng)2.3 為二階無源濾波器的結(jié)構(gòu)圖

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本文編號：2750090