發(fā)布時間：2017-05-02 06:10

  本文關鍵詞：基于40nm CMOS工藝的1.5-3.0GHz電荷泵鎖相環(huán)的設計，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：21世紀以來,隨著通信需求的提高,新的通信技術和實現方式迅猛發(fā)展。同時,由于人類生活水平的提高,對無線通信技術的發(fā)展提出了更高的要求。智能無線終端也從根本上顛覆了人類的生產和生活方式。物聯(lián)網(Internet of Things,IoTs)、智慧家庭、智慧城市、可穿戴等新興市場的崛起促使無線通信集成電路向單片化、低功耗、高能效等方向發(fā)展。而鎖相環(huán)(Phase Locked Loop, PLL)作為無線通信集成電路系統(tǒng)中的重要模塊單元,它的性能很大程度上影響著相應通信系統(tǒng)的誤碼率。本文基于SMIC 40nm工藝設計了一個輸出頻率范圍在1.5-3.0GHz電荷泵鎖相環(huán)(Charge Pump Phase Locked Loop, CPPLL)電路。電荷泵(Charge Pump, CP)的性能決定了鎖相環(huán)帶內的噪聲性能和雜散水平。電荷泵電路存在的非理想效應會使得控制電壓上產生紋波并周期性的調制壓控振蕩器(Voltage Controlled Oscillator, VCO)的輸出產生參考雜散,影響輸出的噪聲性能。本文設計了一個改進型動態(tài)匹配電荷泵電路,最大電流失配率為0.83%@0.3-0.7V,相比較于傳統(tǒng)電荷泵電路參考雜散由-37.65dBc降低至-56.37dBc,改善了鎖相環(huán)雜散性能。環(huán)路濾波器是一個低通濾波器(Low Pass Filter, LPF)。它會濾除控制電壓上的高頻諧波,同時也會抑制鎖相環(huán)的帶外噪聲。濾波器的帶寬同時決定了整個鎖相環(huán)的性能,包括鎖定時間、穩(wěn)定性、參考雜散等。本文采用雙電荷泵的鎖相環(huán)結構從而有效的減小了環(huán)路濾波器的面積。壓控振蕩器作為鎖相環(huán)電路的核心電路模塊,它的性能直接決定了鎖相環(huán)電路的噪聲性能。目前鎖相環(huán)中的壓控振蕩器主要由兩種方式實現,一種是基于延遲單元的環(huán)形振蕩器,另一種是基于電感電容的振蕩器。本文分析了振蕩器電路的工作原理和數學模型并基于延遲單元設計了一個輸出頻率范圍在1.5-3.0GHz的環(huán)形振蕩器，輸出3.0GHz時其相位噪聲為-86.84dB @1MHz。最后,本文基于SMIC 40nm工藝下設計了一個供電電壓1.1V的電荷泵鎖相環(huán)電路。鎖相環(huán)的輸出頻率范圍為1.5-3.0GHz,核心電路為0.1mm2,鎖定時間約為60μs,功耗為3.5mW @3.0GHz,峰峰抖動為11.65ps @3.0GHz。
【關鍵詞】：無線通信 鎖相環(huán) 電荷泵 壓控振蕩器
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN911.8
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-16
• 第1章 緒論16-20
• 1.1 研究背景16
• 1.2 集成鎖相環(huán)的發(fā)展16-18
• 1.2.1 集成電路的發(fā)展16-17
• 1.2.2 鎖相環(huán)電路的發(fā)展與應用17-18
• 1.3 論文的主要工作及結構安排18-20
• 1.3.1 論文的主要工作18-19
• 1.3.2 結構安排19-20
• 第2章 鎖相環(huán)的組成和工作原理20-40
• 2.1 鎖相環(huán)電路概述20-21
• 2.2 鑒頻鑒相器21-25
• 2.3 電荷泵25-27
• 2.3.1 電荷泵的工作原理25-26
• 2.3.2 電荷泵分類26-27
• 2.4 環(huán)路濾波器27-29
• 2.4.1 無源濾波器27-28
• 2.4.2 有源濾波器28-29
• 2.5 壓控振蕩器29-36
• 2.5.1 壓控振蕩器起振條件30-31
• 2.5.2 壓控振蕩器分類31-36
• 2.6 分頻器36-38
• 2.6.1 脈沖吞咽分頻器36-37
• 2.6.2 除2/3分頻單元級聯(lián)的分頻器37-38
• 2.7 本章小結38-40
• 第3章 鎖相環(huán)的環(huán)路參數和環(huán)路特性40-56
• 3.1 鎖相環(huán)環(huán)路特性分析40-45
• 3.1.1 二階電荷泵鎖相環(huán)數學模型和環(huán)路特性分析40-43
• 3.1.2 三階電荷泵鎖相環(huán)數學模型和環(huán)路特性分析43-45
• 3.2 電荷泵鎖相環(huán)的噪聲特性45-52
• 3.2.1 時鐘抖動45-47
• 3.2.2 相位噪聲47-48
• 3.2.3 參考雜散及其產生機制48-49
• 3.2.4 相位噪聲的影響49-50
• 3.2.5 鎖相環(huán)中各模塊噪聲傳遞函數50-52
• 3.3 鎖相環(huán)設計過程52
• 3.4 1.5-3.0 GHz電荷泵鎖相環(huán)設計52-54
• 3.5 本章小結54-56
• 第4章 電荷泵鎖相環(huán)中各電路模塊設計56-86
• 4.1 鑒頻鑒相器設計與仿真56-62
• 4.1.1 鑒頻鑒相器的“死區(qū)”效應和消除56-57
• 4.1.2 鑒頻鑒相器中的DFF的實現57-60
• 4.1.3 鑒頻鑒相器的設計與仿真60-62
• 4.2 電荷泵設計與仿真62-76
• 4.2.1 電荷泵的非理想效應62-66
• 4.2.2 常見的電荷泵電路66-70
• 4.2.3 低電流失配電荷泵的設計70-76
• 4.3 環(huán)路濾波器的設計76-77
• 4.4 壓控振蕩器設計與仿真77-83
• 4.4.1 環(huán)形振蕩器延遲單元設計77-80
• 4.4.2 環(huán)形振蕩器設計與仿真80-83
• 4.5 分頻器設計與仿真83-85
• 4.6 本章小結85-86
• 第5章 鎖相環(huán)的版圖設計和環(huán)路仿真結果86-96
• 5.1 集成電路版圖設計86-93
• 5.1.1 版圖的設計規(guī)則和流程86-87
• 5.1.2 版圖的匹配技術87-89
• 5.1.3 版圖中的閂鎖效應和天線效應89-90
• 5.1.4 版圖中的干擾和噪聲90
• 5.1.5 鎖相環(huán)各模塊版圖和整體版圖90-93
• 5.2 鎖相環(huán)的聯(lián)合仿真結果93-95
• 5.3 本章小結95-96
• 第6章 總結與展望96-98
• 6.1 總結96-97
• 6.2 展望97-98
• 參考文獻98-104
• 致謝104-106
• 在讀期間發(fā)表的學術論文106

【相似文獻】

中國期刊全文數據庫 前10條

1 趙賽果;李巍;王子立;;電荷泵鎖相環(huán)的事件驅動建模與仿真[J];現代電子技術;2008年14期

2 陳志明;尹勇生;鄧紅輝;梁上泉;;一種高性能4階電荷泵鎖相環(huán)的設計[J];合肥工業(yè)大學學報(自然科學版);2008年08期

3 張智;徐毅;;高階電荷泵鎖相環(huán)穩(wěn)定性分析新方法[J];科技信息;2009年12期

4 李仲秋;胡錦;陳迪平;;三階電荷泵鎖相環(huán)的穩(wěn)定性分析[J];電子器件;2006年02期

5 曾健平;何先良;章兢;晏敏;曾云;;三階電荷泵鎖相環(huán)的改進型事件驅動模型[J];湖南大學學報(自然科學版);2008年03期

6 魏建軍;李春昌;康繼昌;;自偏置自適應電荷泵鎖相環(huán)[J];四川大學學報(工程科學版);2010年02期

7 李冰;黃宗浩;吳建輝;;電荷泵鎖相環(huán)電路設計及其性能[J];吉首大學學報(自然科學版);2010年02期

8 李仲秋;;三階電荷泵鎖相環(huán)穩(wěn)定性因子的定值方法[J];固體電子學研究與進展;2011年04期

9 魯昆生,王福昌;電荷泵鎖相環(huán)設計方法研究[J];華中理工大學學報;2000年01期

10 張麗,王洪魁,張瑞智;三階電荷泵鎖相環(huán)鎖定時間的研究[J];固體電子學研究與進展;2004年02期

中國博士學位論文全文數據庫 前2條

1 嚴杰鋒;電荷泵鎖相環(huán)的模型研究和電路設計[D];復旦大學;2006年

2 蘇彥鋒;數字CMOS工藝實現的單片本振電路[D];復旦大學;2004年

中國碩士學位論文全文數據庫 前10條

1 楊必文;一種CMOS電荷泵鎖相環(huán)設計[D];電子科技大學;2014年

2 白楊;一種新型電荷泵鎖相環(huán)電路的設計[D];北京工業(yè)大學;2015年

3 陳亮;基于全差分環(huán)形振蕩器的電荷泵鎖相環(huán)設計[D];湘潭大學;2015年

4 祝軍;基于40nm CMOS工藝的1.5-3.0GHz電荷泵鎖相環(huán)的設計[D];中國科學技術大學;2016年

5 陶亮;高性能電荷泵鎖相環(huán)分析與設計[D];華中科技大學;2007年

6 田穎;高速低噪聲電荷泵鎖相環(huán)設計[D];天津大學;2008年

7 陳文煥;電荷泵鎖相環(huán)的基礎研究[D];電子科技大學;2005年

8 孫添平;電荷泵鎖相環(huán)的設計及其相位噪聲優(yōu)化[D];華中科技大學;2007年

9 何先良;基于抖動分析的電荷泵鎖相環(huán)行為級模型設計與驗證[D];湖南大學;2009年

10 姚遠;低抖動寬調諧電荷泵鎖相環(huán)的研究與設計[D];上海交通大學;2009年

  本文關鍵詞：基于40nm CMOS工藝的1.5-3.0GHz電荷泵鎖相環(huán)的設計，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

，

本文編號：340419