隨著通信技術和半導體技術的發(fā)展,信息的傳遞越來越便捷,現(xiàn)代通信使人與人之間的聯(lián)系十分緊密,萬物互聯(lián)互通成為了“物聯(lián)網(wǎng)”的發(fā)展目標。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)絡上升級和部署,對射頻收發(fā)機和頻率合成器提出了更高的要求。在先進工藝條件下,寬帶全數(shù)字鎖相環(huán)更適合于物聯(lián)網(wǎng)應用場景。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,對整個系統(tǒng)的性能具有重要影響。因此寬帶高精度數(shù)控振蕩器的設計具有重要的理論意義和工程應用價值。本文對全數(shù)字鎖相環(huán)頻率合成器原理進行闡述,分析NB-Io T協(xié)議并確定了數(shù)控振蕩器的設計指標。采用40nm CMOS工藝設計了分別工作在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)點的電容陣列設計,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,使用了互補差分耦合LC振蕩器的結構,為了適應低電壓工作環(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,頻率調節(jié)范圍相比指標要求留有了一定的裕量。文中給出了詳細的電路設計、版圖設計和后仿真結... 

【文章來源】：東南大學江蘇省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：82 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

MOS可變電容仿真結果

第3章LC數(shù)控振蕩器的電路設計與前仿真3.3.1.2MOS變容管在大信號下的非線性問題由于MOS變容管直接和數(shù)控振蕩器的輸出相連，控制電壓為柵極電壓和數(shù)控振蕩器輸出信號之差，當數(shù)控振蕩器的輸出幅度較大時，控制電壓很容易進入線性區(qū)域，使MOS電容在一個信號周期中的電容值產(chǎn)生漂移，進而導致數(shù)控振蕩器的輸出頻率產(chǎn)生漂移。有些研究中使用了MOS變容管的線性化技術[36]或反向并聯(lián)MOS變容管提高線性度和調節(jié)精度的技術[37]，但是由于線性區(qū)域并不是完全對稱的，背靠背MOS電容結構的電容依然不平坦�？刂菩盘杙ort1port2dcfeeddcfeedVpVdd-VpC1C2圖3.8背靠背MOS變容管在大信號下的電容仿真電路圖對背靠背MOS變容管在大信號下的電容仿真電路圖如圖3.8所示，與小信號仿真相比，加入了兩個電壓源模擬振蕩器在一個周期內的振蕩，假設振蕩器以Vdd/2為工作點，最大振幅為滿擺幅Vdd，當振蕩器正極輸出電壓為Vp時，振蕩器的負極輸出電壓為Vm=VddVp。將其作為直流偏置，通過理想電感饋入電路，仿真在不同控制電壓條件下一個振蕩周期中MOS變容管的電容，仿真結果如圖3.9所示。圖3.9背靠背MOS變容管在大信號下的電容仿真結果圖3.9中為左邊為背靠背MOS變容管的等效并聯(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滿擺幅振蕩周期內，等效電阻和等效電容的波動十分劇烈，并聯(lián)等效電容33

第3章LC數(shù)控振蕩器的電路設計與前仿真圖3.12基于MIM電容和MOS開關的電容單元在大信號下的電容仿真結果由圖3.12中的仿真結果可知，基于MIM電容和MOS開關的電容單元在大信號下的穩(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關，和圖3.9中背靠背MOS電容的仿真結果對比，基于MIM電容和MOS開關的電容單元具有更大的等效并聯(lián)電阻，對諧振回路Q值影響更�？刂菩盘柺菙�(shù)字信號，通常取0或1，為了分析電容單元對控制信號的敏感性，對控制信號進行參數(shù)掃描，當控制信號大于0.6時，電容單元工作穩(wěn)定工作在高電容狀態(tài)；當控制信號小于0.6時則工作在低電容狀態(tài)。這使得電容單元對控制信號上的噪聲不敏感，相比于壓控振蕩器會受到調諧電壓上噪聲的影響，數(shù)控振蕩器對噪聲的抵抗能力更高。3.3.3引入中間節(jié)點的電容陣列為了進一步提高電容陣列的分辨率，本文提出了一種在等權重控制的電容陣列中引入中間節(jié)點的方法，使得電容陣列的分辨率提高了四倍，同時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)點的電容陣列結構框圖如圖3.13所示，電容陣列是等權重控制的，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。中間節(jié)點由電阻R接地，電阻的作用是提供電流通路，避免電荷在中間節(jié)點上積累。假設每個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，當所有電容單元都工作在低電容狀態(tài)時，電容陣列的總電容Ctot為Ctot,min=n2Cu(3.6)35

【參考文獻】：
期刊論文
[1]窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IOT）商業(yè)應用探索[J]. 童樺.  信息通信. 2017(03)
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[3]應用于全數(shù)字鎖相環(huán)的高性能數(shù)控振蕩器設計[J]. 羅寧,陳原聰,趙野.  微電子學與計算機. 2015(12)

博士論文
[1]WSN低功耗射頻接收關鍵技術研究與芯片設計[D]. 王曾祺.東南大學 2017
[2]快速鎖定全數(shù)字鎖相環(huán)的分析與設計[D]. 于光明.清華大學 2011
[3]全數(shù)控CMOS LC振蕩器的研究與設計[D]. 王少華.清華大學 2007

碩士論文
[1]面向綜合的數(shù)控振蕩器與全數(shù)字鎖相環(huán)研究與設計[D]. 代睿.西安電子科技大學 2017
[2]寬帶全數(shù)字鎖相環(huán)中數(shù)控振蕩器設計[D]. 韓暉翔.復旦大學 2013
[3]應用于GSM收發(fā)機的數(shù)字控制振蕩器（DCO）設計[D]. 戴煊.上海交通大學 2010



本文編號：3370301