本文關(guān)鍵詞：一種新型電荷泵鎖相環(huán)電路的設(shè)計

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【摘要】：隨著高速通訊技術(shù)的發(fā)展,串行通信、3G無線通信已成為主要的通信數(shù)據(jù)傳輸方式。作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕邮掌麟x不開時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)電路(CDR),它對接收器的性能有重大影響。而CDR需要高速度、低抖動、低相位噪聲的鎖相環(huán)(PLL)時鐘電路提供保障。因此,對高性能PLL的研究成為國內(nèi)外研究熱點。本論文采用了Top-Down(頂層-底層)的設(shè)計方法,根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計的要求指導(dǎo)底層模塊的設(shè)計,設(shè)計實現(xiàn)了一種新型電荷泵鎖相環(huán)(CPPLL)。該電荷泵鎖相環(huán)由動態(tài)鑒頻鑒相器、基于常數(shù)跨導(dǎo)軌到軌運算放大器的電荷泵、差分型環(huán)形壓控振蕩器、二階環(huán)路濾波器和整數(shù)分頻器組成。首先,為了能夠有效的縮短設(shè)計周期,提高設(shè)計效率,并且從系統(tǒng)級優(yōu)化電路的性能,本文對CPPLL進行了系統(tǒng)設(shè)計。為了直觀的觀察CPPLL的鎖定時間和控制電壓,評估CPPLL是否正常工作,采用了Verilog-A對CPPLL進行建模,提高設(shè)計效率;為了避免CPPLL閉環(huán)系統(tǒng)因環(huán)路濾波器的設(shè)計不合理造成環(huán)路發(fā)生失鎖現(xiàn)象,產(chǎn)生不必要的反復(fù)修改電路的情況,采用了Matlab進行了環(huán)路穩(wěn)定性的建模和仿真,增加了設(shè)計的準確性;為了更好地設(shè)計和優(yōu)化電路,提升CPPLL的整體相位噪聲性能,采用了Cppsim工具對系統(tǒng)相位噪聲進行了仿真分析,有效指導(dǎo)了后面底層模塊的設(shè)計。然后,對CPPLL的各功能模塊進行了設(shè)計。具體為:(1)為了降低電荷共享和電流失配對鎖相環(huán)電路頻譜產(chǎn)生的影響,采用了基于常數(shù)跨導(dǎo)軌到軌運算放大器結(jié)構(gòu)的電荷泵;(2)為了消除死區(qū)現(xiàn)象對鎖相環(huán)電路系統(tǒng)引起的不利影響,采用了動態(tài)鑒頻鑒相器電路;(3)為了實現(xiàn)低抖動、低相位噪聲的性能,采用了全差分型結(jié)構(gòu)的環(huán)形壓控振蕩器電路;(4)為了實現(xiàn)寬頻率范圍的整數(shù)分頻器的功能,采用了基于電流模邏輯結(jié)構(gòu)的高速8/9預(yù)分頻器和吞咽預(yù)分頻器相結(jié)合的結(jié)構(gòu)�；赟MIC 0.18-μm CMOS工藝,利用Cadence集成電路工具對設(shè)計電路進行了仿真驗證。結(jié)果表明,動態(tài)的鑒頻鑒相器,有效消除了死區(qū)。新型的電荷泵結(jié)構(gòu),在輸出電壓為0.5V~1.5V時將電流失配減小到了2%以下,提升了鎖相環(huán)頻譜質(zhì)量。采用全差分結(jié)構(gòu)的環(huán)形壓控振蕩器,實現(xiàn)了在頻率為1MHz時輸出的相位噪聲為-96.66dB@1MHz,調(diào)諧范圍為0.8GHz~1.8GHz,中心頻率為1.25GHz,調(diào)諧增益為1.5GHz/V,在控制電壓0.9V~1.45V范圍內(nèi),線性調(diào)節(jié)度良好。電荷泵鎖相環(huán)鎖定后輸出電壓波動為2.45mV,輸出時鐘的峰峰值抖動為12.5ps。其在帶內(nèi)的相位噪聲為-94dBc/Hz,周期性抖動為8.28ps,相位抖動為24ps。最后利用Cadence集成電路設(shè)計工具,對CPPLL電路進行了版圖設(shè)計,并通過了DRC、LVS的物理驗證。
【關(guān)鍵詞】：電荷泵鎖相環(huán) 低抖動 壓控振蕩器 分頻器 軌到軌運算放大器
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN911.8
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-16
• 1.1 課題研究背景10-11
• 1.2 鎖相環(huán)的發(fā)展及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-13
• 1.3 本論文主要工作13-16
• 第2章 鎖相環(huán)電路的基本理論16-28
• 2.1 鎖相環(huán)電路的基本原理與結(jié)構(gòu)分析16-25
• 2.1.1 鑒頻鑒相器18-20
• 2.1.2 電荷泵20-21
• 2.1.3 壓控振蕩器21-23
• 2.1.4 環(huán)路濾波器23-24
• 2.1.5 分頻器24-25
• 2.2 鎖相環(huán)電路的主要性能指標25-27
• 2.2.1 抖動25-26
• 2.2.2 相位噪聲26-27
• 2.3 本章小結(jié)27-28
• 第3章 電荷泵鎖相環(huán)電路的系統(tǒng)設(shè)計28-38
• 3.1 電荷泵鎖相環(huán)的系統(tǒng)建模28-29
• 3.2 電荷泵鎖相環(huán)的穩(wěn)定性分析29-33
• 3.3 電荷泵鎖相環(huán)相位噪聲分析33-35
• 3.4 本章小結(jié)35-38
• 第4章 電荷泵鎖相環(huán)電路的設(shè)計及仿真分析38-60
• 4.1 鑒頻鑒相器電路設(shè)計與仿真38-41
• 4.1.1 鑒頻鑒相器的死區(qū)分析38-39
• 4.1.2 鑒頻鑒相器的電路設(shè)計39-40
• 4.1.3 鑒頻鑒相器的電路仿真40-41
• 4.2 電荷泵電路設(shè)計與仿真41-49
• 4.2.1 電荷泵的非理想因素分析41-43
• 4.2.2 電荷泵的電路設(shè)計43-47
• 4.2.3 電荷泵的電路仿真47-49
• 4.3 壓控振蕩器電路設(shè)計與仿真49-52
• 4.3.1 環(huán)形壓控振蕩器設(shè)計中主要性能參數(shù)49-50
• 4.3.2 環(huán)形壓控振蕩器的電路設(shè)計50-51
• 4.3.3 環(huán)形壓控振蕩器的電路仿真51-52
• 4.4 環(huán)路濾波器電路的設(shè)計與仿真52-54
• 4.5 分頻器電路設(shè)計與仿真54-56
• 4.6 電荷泵鎖相環(huán)整體電路仿真56-58
• 4.7 本章小結(jié)58-60
• 第5章 電荷泵鎖相環(huán)的版圖設(shè)計60-66
• 5.1 版圖概述60-64
• 5.1.1 版圖的設(shè)計規(guī)則60-61
• 5.1.2 版圖的非理想效應(yīng)61-62
• 5.1.3 版圖設(shè)計的考慮因素62-64
• 5.2 電荷泵鎖相環(huán)的版圖設(shè)計64-65
• 5.3 本章小結(jié)65-66
• 結(jié)論66-68
• 參考文獻68-72
• 攻讀碩士學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文72-74
• 致謝74

【參考文獻】

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1 王p，

本文編號：842257