【摘要】：鎖相環(huán)的作用是使一個特殊系統(tǒng)跟蹤另外一個系統(tǒng),換句話說,是使振蕩器產(chǎn)生的輸出信號跟蹤參考信號,最后使得兩者在相位和頻率上相等的電路。鎖相環(huán)廣泛應(yīng)用于頻率綜合器,時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)(CDR)和高性能數(shù)字電路等領(lǐng)域。隨著集成電路器件制造尺寸的不斷減小和電源電壓不斷降低,低電壓、高頻、低相位噪聲和快速鎖定成為鎖相環(huán)研究的方向。同時由于小數(shù)分頻鎖相環(huán)可以克服整數(shù)分頻鎖相環(huán)分頻比必須為整數(shù)的局限性,而被廣泛使用。本文研究的鎖相環(huán)電路主要用于頻率綜合器中。首先介紹了鎖相環(huán)實現(xiàn)鎖相功能的原理和子電路,介紹了組成鎖相環(huán)的基本模塊的工作方式和性能指標(biāo)。接著從系統(tǒng)的角度,在環(huán)路鎖定的條件下,將鎖相環(huán)看作一個線性的負反饋系統(tǒng),分析了環(huán)路在S域的穩(wěn)定性和動態(tài)特性。將各個模塊的傳輸函數(shù)代入,根據(jù)最大相位裕度的值求出濾波器的電阻電容值。然后在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)環(huán)路內(nèi)部各噪聲源到輸出端的相位噪聲傳輸函數(shù),得到各個模塊相位噪聲的傳輸函數(shù),以此來指導(dǎo)系統(tǒng)指標(biāo)的選定。在系統(tǒng)分析之后,本文采用SMIC 0.18μm CMOS工藝對各個模塊進行了具體的設(shè)計和優(yōu)化。PFD電路采用數(shù)字觸發(fā)器的狀態(tài)機結(jié)構(gòu),增加了開關(guān)可控的延遲鏈,對延遲時間進行選擇,以消除死區(qū);CP電路采用鉗位運放結(jié)構(gòu),減小非線性,同時采用可編程電流鏡,可以改變充放電電流大小,調(diào)整環(huán)路帶寬;濾波器采用三階結(jié)構(gòu),更好抑制高頻段的噪聲;采用4位16個相同的電容陣列的LC結(jié)構(gòu)的VCO可以實現(xiàn)寬頻帶的調(diào)諧范圍和低相位噪聲;分頻器部分采用高速二分頻結(jié)構(gòu)輸出正交I/Q信號,采用MASH1-1-1結(jié)構(gòu)的?∑調(diào)制器實現(xiàn)小數(shù)分頻功能。本文基于頻率綜合器設(shè)計了一款鎖相環(huán)電路,采用SMIC0.18μmCMOS工藝,電源電壓是1.8V,輸入?yún)⒖碱l率為40MHz,輸出頻率范圍為4.85GHz到5.35GHz,通過高速二分頻器可以輸出2.43GHz到2.71GHz的正交I/Q信號輸出。當(dāng)輸出頻率為5.12GHz時,鎖相環(huán)鎖定時間小于65μs,1MHz頻偏處,相位噪聲為-119.02dBc/Hz。仿真得出的性能滿足IEEE802.11a/b通信協(xié)議對頻率綜合器的要求。
【圖文】：

圖3.9鎖相環(huán)各模塊相位噪聲幅頻特性曲線3.2.2 采用 ∑調(diào)試器的小數(shù)分頻鎖相環(huán)相位噪聲分析Icp/2
Zlp(s)1 / N.FVCO2ref,ni2cp,nChargepumpLoopfilter2out,nKvco/sPFD /v2lp,n2vco,n2div,nDigitalModulator2sdm,nProgrammable Divider.F y[n]-.F.F圖3.10采用數(shù)字 ∑調(diào)試器小數(shù)分頻器鎖相環(huán)噪聲模型研究使用 ∑調(diào)試器的小數(shù)分頻鎖相環(huán)時，，除了上一小節(jié)提到的噪聲類型外，還

最終貢獻給輸出端的相位噪聲，我們利用圖3.8的為 N。這樣就可以得出 ∑調(diào)試器等效噪聲源到環(huán)222,2sdm,( )( )1 ( ) ( )out sdmPFD VCO lfn PFD VCO lfK K Z sG sG s Ns K K Z s 式具有低通濾波特性。研究表明，N 階 ∑調(diào)試器+N.20dB/dec 斜率跟隨頻率上升。三階鎖相環(huán)里該下降增益的帶外噪聲，四階鎖相環(huán)其會提供-60dB以若使用三階 ∑調(diào)試器，則需要采用三階環(huán)路濾據(jù)式（3-31）可以得出 ∑調(diào)試器量化噪聲到環(huán)路圖 3.11 所示。
【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】：TN911.8

【參考文獻】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 梅年松;適用于802.11a/b/g零中頻無線收發(fā)機系統(tǒng)中低噪聲頻率綜合器的研究與設(shè)計[D];復(fù)旦大學(xué);2011年

2 盧磊;射頻接收機中分數(shù)分頻頻率綜合器的研究與設(shè)計[D];復(fù)旦大學(xué);2009年

本文編號：2613739