本文關(guān)鍵詞：基于全差分環(huán)形振蕩器的電荷泵鎖相環(huán)設(shè)計(jì)，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著集成電路發(fā)展,集成電路已經(jīng)廣泛應(yīng)用于便攜電子設(shè)備、計(jì)算機(jī)、數(shù)字電視、通信、衛(wèi)星、航空航天和遙控遙測(cè)等領(lǐng)域。作為集成電路尤其是數(shù)�；旌想娐返臅r(shí)鐘提供源,頻率合成技術(shù)越來(lái)越重要。鎖相環(huán)頻率綜合技術(shù)因?yàn)槠潆娐泛?jiǎn)單并具有優(yōu)良性能使得其發(fā)展非常迅速,這種方法產(chǎn)生的頻率具有穩(wěn)定性好,雜散抑制強(qiáng),噪聲抑制性能好。本文的目的是設(shè)計(jì)出圖像傳感器中鎖相環(huán)頻率綜合電路。本文首先分析了電荷泵鎖相環(huán)的基本原理、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及它的線性模型,在此基礎(chǔ)上分析了系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)特性、閉環(huán)特性、鎖定性能和穩(wěn)定性能。為了抑制各個(gè)模塊噪聲對(duì)頻率輸出的影響,抑制鎖相環(huán)系統(tǒng)的相位噪聲,本文同時(shí)分析了系統(tǒng)的噪聲傳遞特性。這部分工作在設(shè)定參數(shù)和優(yōu)化性能等方面具有非常好的指導(dǎo)意義。緊接著文章對(duì)鎖相環(huán)的各個(gè)模塊進(jìn)行了選型分析,綜合考慮各個(gè)模塊的非理性因素,設(shè)計(jì)出符合性能指標(biāo)的模塊電路并通過(guò)仿真驗(yàn)證。其中著重設(shè)計(jì)了一種差分結(jié)構(gòu)的環(huán)形壓控振蕩器,該振蕩器采用了對(duì)稱負(fù)載延時(shí)單元結(jié)構(gòu)和自偏置電路結(jié)構(gòu),能夠提高環(huán)形振蕩器電源噪聲、共模噪聲和相位噪聲的抑制性能。通過(guò)采用緩沖器電路,振蕩器延時(shí)單元的差分輸出波形轉(zhuǎn)換為占空比為50%的方波時(shí)鐘。經(jīng)仿真驗(yàn)證可知環(huán)形壓控振蕩器滿足輸出頻率和噪聲要求,能應(yīng)用于本文鎖相環(huán)系統(tǒng)。在模塊電路完成后,本文對(duì)鎖相環(huán)電路進(jìn)行了整體仿真驗(yàn)證,包括:使用matlab驗(yàn)證系統(tǒng)模型的穩(wěn)定性;使用spectre工具仿真驗(yàn)證鎖相環(huán)系統(tǒng)的捕獲性能;建立噪聲模型驗(yàn)證相位噪聲和時(shí)鐘抖動(dòng)性能等。仿真結(jié)果表明:鎖相環(huán)的滿足100M~500MHz的輸出頻率范圍;各個(gè)工作頻率下鎖定時(shí)間均小于20us;輸出頻率相位噪聲大小為-113MHz@10MHz;RMS Jitter要小于2%時(shí)鐘周期。設(shè)計(jì)的電荷泵鎖相環(huán)能在要求頻率內(nèi)范圍快速鎖定,穩(wěn)定地工作,符合圖像傳感器頻率綜合器要求。在文章最后,對(duì)鎖相環(huán)版圖設(shè)計(jì)方案和要點(diǎn)進(jìn)行闡述。所設(shè)計(jì)的鎖相環(huán)電路采用SMIC 0.18μm CMOS進(jìn)行電路和版圖設(shè)計(jì),并準(zhǔn)備應(yīng)用于圖像傳感器中進(jìn)行流片。
【關(guān)鍵詞】：頻率綜合 電荷泵鎖相環(huán) 差分延時(shí)單元 低噪聲
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN911.8;TN752
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-13
• 1.1 研究背景10-11
• 1.1.1 頻率綜合技術(shù)發(fā)展10
• 1.1.2 圖像傳感器中鎖相環(huán)10-11
• 1.2 本文研究?jī)?nèi)容11-12
• 1.3 論文章節(jié)安排12-13
• 第2章 鎖相環(huán)基本原理13-25
• 2.1 鎖相環(huán)的基本原理13-15
• 2.1.1 基本鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)13
• 2.1.2 鎖相環(huán)的工作狀態(tài)13-14
• 2.1.3 鎖相環(huán)的性能參數(shù)14-15
• 2.2 電荷泵鎖相環(huán)模型15-19
• 2.2.1 電荷泵鎖相環(huán)基本組成15
• 2.2.2 鑒頻鑒相器和電荷泵15-17
• 2.2.3 環(huán)路濾波器17-18
• 2.2.4 壓控振蕩器18-19
• 2.2.5 分頻器19
• 2.3 電荷泵鎖相環(huán)線性分析19-22
• 2.3.1 開(kāi)環(huán)分析19-21
• 2.3.2 閉環(huán)分析21-22
• 2.4 系統(tǒng)環(huán)路參數(shù)設(shè)計(jì)22-24
• 2.5 本章小結(jié)24-25
• 第3章 鎖相環(huán)噪聲優(yōu)化25-32
• 3.1 相位噪聲和抖動(dòng)基本概念25-27
• 3.1.1 相位噪聲25-26
• 3.1.2 時(shí)鐘抖動(dòng)26-27
• 3.2 鎖相環(huán)系統(tǒng)噪聲分析27-30
• 3.3 鎖相環(huán)環(huán)路噪聲優(yōu)化30-31
• 3.4 本章小結(jié)31-32
• 第4章 低噪聲壓控振蕩器設(shè)計(jì)32-46
• 4.1 環(huán)形振蕩器原理32-34
• 4.1.1 巴克豪森判定準(zhǔn)則32-33
• 4.1.2 振蕩器性能指標(biāo)33-34
• 4.2 四級(jí)環(huán)形振蕩器結(jié)構(gòu)34-42
• 4.2.1 整體結(jié)構(gòu)和增益要求34-35
• 4.2.2 差分延時(shí)單元設(shè)計(jì)35-39
• 4.2.3 壓控振蕩器偏置電路39-40
• 4.2.4 緩沖輸出電路40-41
• 4.2.5 頻率計(jì)算41-42
• 4.3 壓控振蕩器仿真驗(yàn)證42-44
• 4.4 本章小結(jié)44-46
• 第5章 關(guān)鍵電路設(shè)計(jì)與仿真驗(yàn)證46-61
• 5.1 鑒頻鑒相器的設(shè)計(jì)46-50
• 5.1.1 鑒相器基本原理46-47
• 5.1.2 鑒頻鑒相器死區(qū)47-48
• 5.1.3 鑒頻鑒相器原理圖48-49
• 5.1.4 鑒頻鑒相器仿真49-50
• 5.2 電荷泵電路設(shè)計(jì)50-53
• 5.3 環(huán)路濾波器設(shè)計(jì)53-55
• 5.4 分頻器設(shè)計(jì)55-56
• 5.4.1 雙模分頻器原理55
• 5.4.2 可編程計(jì)數(shù)器原理55-56
• 5.5 基準(zhǔn)電流源設(shè)計(jì)56-60
• 5.5.1 帶隙基準(zhǔn)基本原理56-59
• 5.5.2 基準(zhǔn)電流電路仿真59-60
• 5.6 本章小結(jié)60-61
• 第6章 鎖相環(huán)仿真與版圖規(guī)劃61-69
• 6.1 環(huán)路穩(wěn)定性驗(yàn)證61-62
• 6.2 輸出頻率和鎖定性能62-65
• 6.3 相位噪聲和抖動(dòng)仿真65-67
• 6.4 版圖規(guī)劃設(shè)計(jì)67-68
• 6.5 本章小結(jié)68-69
• 第7章 總結(jié)與展望69-70
• 7.1 總結(jié)69
• 7.2 展望69-70
• 參考文獻(xiàn)70-72
• 致謝72-73
• 附錄A個(gè)人簡(jiǎn)歷73
• 附錄B在校期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及研究成果73

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本文編號(hào)：385273