隨著通信技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展,信息的傳遞越來(lái)越便捷,現(xiàn)代通信使人與人之間的聯(lián)系十分緊密,萬(wàn)物互聯(lián)互通成為了“物聯(lián)網(wǎng)”的發(fā)展目標(biāo)。窄帶物聯(lián)網(wǎng)是一種發(fā)展迅速的物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議,可以在LTE網(wǎng)絡(luò)上升級(jí)和部署,對(duì)射頻收發(fā)機(jī)和頻率合成器提出了更高的要求。在先進(jìn)工藝條件下,寬帶全數(shù)字鎖相環(huán)更適合于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景。數(shù)控振蕩器作為全數(shù)字鎖相環(huán)頻率合成器的核心模塊,對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的性能具有重要影響。因此寬帶高精度數(shù)控振蕩器的設(shè)計(jì)具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。本文對(duì)全數(shù)字鎖相環(huán)頻率合成器原理進(jìn)行闡述,分析NB-Io T協(xié)議并確定了數(shù)控振蕩器的設(shè)計(jì)指標(biāo)。采用40nm CMOS工藝設(shè)計(jì)了分別工作在3122-4400MHz和4194-5364MHz的低頻段數(shù)控振蕩器和高頻段數(shù)控振蕩器。為了提高數(shù)控振蕩器中電容陣列的精度,本文提出了一種引入中間節(jié)點(diǎn)的電容陣列設(shè)計(jì),并優(yōu)化了電容陣列的線性度。數(shù)控振蕩器工作在0.9V電源電壓下,使用了互補(bǔ)差分耦合LC振蕩器的結(jié)構(gòu),為了適應(yīng)低電壓工作環(huán)境并改善相位噪聲取消了尾電流源,加入了反相器鏈緩沖器,頻率調(diào)節(jié)范圍相比指標(biāo)要求留有了一定的裕量。文中給出了詳細(xì)的電路設(shè)計(jì)、版圖設(shè)計(jì)和后仿真結(jié)... 

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

MOS可變電容仿真結(jié)果

第3章LC數(shù)控振蕩器的電路設(shè)計(jì)與前仿真3.3.1.2MOS變?nèi)莨茉诖笮盘?hào)下的非線性問(wèn)題由于MOS變?nèi)莨苤苯雍蛿?shù)控振蕩器的輸出相連，控制電壓為柵極電壓和數(shù)控振蕩器輸出信號(hào)之差，當(dāng)數(shù)控振蕩器的輸出幅度較大時(shí)，控制電壓很容易進(jìn)入線性區(qū)域，使MOS電容在一個(gè)信號(hào)周期中的電容值產(chǎn)生漂移，進(jìn)而導(dǎo)致數(shù)控振蕩器的輸出頻率產(chǎn)生漂移。有些研究中使用了MOS變?nèi)莨艿木�性化技術(shù)[36]或反向并聯(lián)MOS變?nèi)莨芴岣呔�性度和調(diào)節(jié)精度的技術(shù)[37]，但是由于線性區(qū)域并不是完全對(duì)稱的，背靠背MOS電容結(jié)構(gòu)的電容依然不平坦�？刂菩盘�(hào)port1port2dcfeeddcfeedVpVdd-VpC1C2圖3.8背靠背MOS變?nèi)莨茉诖笮盘?hào)下的電容仿真電路圖對(duì)背靠背MOS變?nèi)莨茉诖笮盘?hào)下的電容仿真電路圖如圖3.8所示，與小信號(hào)仿真相比，加入了兩個(gè)電壓源模擬振蕩器在一個(gè)周期內(nèi)的振蕩，假設(shè)振蕩器以Vdd/2為工作點(diǎn)，最大振幅為滿擺幅Vdd，當(dāng)振蕩器正極輸出電壓為Vp時(shí)，振蕩器的負(fù)極輸出電壓為Vm=VddVp。將其作為直流偏置，通過(guò)理想電感饋入電路，仿真在不同控制電壓條件下一個(gè)振蕩周期中MOS變?nèi)莨艿碾娙�，仿真結(jié)果如圖3.9所示。圖3.9背靠背MOS變?nèi)莨茉诖笮盘?hào)下的電容仿真結(jié)果圖3.9中為左邊為背靠背MOS變?nèi)莨艿牡刃Р⒙?lián)電阻，右邊為等效并聯(lián)電容，由圖中可知在振蕩器的一個(gè)滿擺幅振蕩周期內(nèi)，等效電阻和等效電容的波動(dòng)十分劇烈，并聯(lián)等效電容33

第3章LC數(shù)控振蕩器的電路設(shè)計(jì)與前仿真圖3.12基于MIM電容和MOS開關(guān)的電容單元在大信號(hào)下的電容仿真結(jié)果由圖3.12中的仿真結(jié)果可知，基于MIM電容和MOS開關(guān)的電容單元在大信號(hào)下的穩(wěn)定性非常好，等效并聯(lián)電容只受控制電壓控制，和振蕩器的輸出電壓無(wú)關(guān)，和圖3.9中背靠背MOS電容的仿真結(jié)果對(duì)比，基于MIM電容和MOS開關(guān)的電容單元具有更大的等效并聯(lián)電阻，對(duì)諧振回路Q值影響更�？刂菩盘�(hào)是數(shù)字信號(hào)，通常取0或1，為了分析電容單元對(duì)控制信號(hào)的敏感性，對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行參數(shù)掃描，當(dāng)控制信號(hào)大于0.6時(shí)，電容單元工作穩(wěn)定工作在高電容狀態(tài)；當(dāng)控制信號(hào)小于0.6時(shí)則工作在低電容狀態(tài)。這使得電容單元對(duì)控制信號(hào)上的噪聲不敏感，相比于壓控振蕩器會(huì)受到調(diào)諧電壓上噪聲的影響，數(shù)控振蕩器對(duì)噪聲的抵抗能力更高。3.3.3引入中間節(jié)點(diǎn)的電容陣列為了進(jìn)一步提高電容陣列的分辨率，本文提出了一種在等權(quán)重控制的電容陣列中引入中間節(jié)點(diǎn)的方法，使得電容陣列的分辨率提高了四倍，同時(shí)減小了版圖布局布線難度，顯著降低了寄生電容。引入中間節(jié)點(diǎn)的電容陣列結(jié)構(gòu)框圖如圖3.13所示，電容陣列是等權(quán)重控制的，因此所有電容單元都是完全一致的，電容單元分為兩組UA1-UAn和UB1-UBn，共2n個(gè)。中間節(jié)點(diǎn)由電阻R接地，電阻的作用是提供電流通路，避免電荷在中間節(jié)點(diǎn)上積累。假設(shè)每個(gè)電容單元在低電容狀態(tài)的電容值為Cu，高電容狀態(tài)的電容值為Cu+C，當(dāng)所有電容單元都工作在低電容狀態(tài)時(shí)，電容陣列的總電容Ctot為Ctot,min=n2Cu(3.6)35

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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[2]快速鎖定全數(shù)字鎖相環(huán)的分析與設(shè)計(jì)[D]. 于光明.清華大學(xué) 2011
[3]全數(shù)控CMOS LC振蕩器的研究與設(shè)計(jì)[D]. 王少華.清華大學(xué) 2007

碩士論文
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[2]寬帶全數(shù)字鎖相環(huán)中數(shù)控振蕩器設(shè)計(jì)[D]. 韓暉翔.復(fù)旦大學(xué) 2013
[3]應(yīng)用于GSM收發(fā)機(jī)的數(shù)字控制振蕩器（DCO）設(shè)計(jì)[D]. 戴煊.上海交通大學(xué) 2010



本文編號(hào)：3370301