60GHz通信技術是近年來無線通信領域研究的熱點,該技術可廣泛應用于無線個域網、影音信號傳輸、無線USB等短距離高速率數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務。目前,國內外各大標準化組織已提出了各種60GHz通信標準,如ECMA-387、IEEE-802.15.3c、IEEE-802.11aj等,規(guī)定了相應的載波頻率、信道帶寬等關鍵技術指標。基于以上標準的收發(fā)機系統(tǒng)和集成電路設計已經成為相關領域的研究熱點。頻率綜合器作為收發(fā)機系統(tǒng)的重要組成部分,其性能直接影響系統(tǒng)的傳輸速率與誤碼率。因此,研究和設計應用于60GHz通信系統(tǒng)的頻率綜合器具有重要理論意義和應用價值。本文基于CMOS工藝,對應用于60GHz通信系統(tǒng)的頻率綜合器關鍵技術進行了研究。在研究與分析的基礎上,設計了頻率綜合器中的關鍵模塊電路,包括壓控振蕩器、分頻器、鑒頻鑒相器、電荷泵、鎖相環(huán)和倍頻器,并進行了流片與測試驗證。本文討論了鎖相環(huán)頻率綜合器的結構及原理,對鎖相環(huán)的穩(wěn)定性和頻率綜合器相位噪聲的組成進行了分析�；�60GHz滑動中頻收發(fā)機系統(tǒng)的需求,提出48GHz頻率綜合器的系統(tǒng)級設計方案,并建立了頻率綜合器的行為級模型。基于行為級模型對頻率綜合器進行相... 

【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)】：179 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

電荷泵鎖相環(huán)相位裕度最大值與電容比b的函數(shù)關系曲線

東南大學博士學位論文56其輸出頻率范圍為23.9~25GHz，1MHz頻偏處相位噪聲小于101dBc/Hz。由仿真結果可知，該初始設計在輸出頻率范圍方面尚未達到24~26GHz的預期指標。其主要原因是：可變電容模塊的容值變化范圍過校初始設計中可變電容模塊的容值和品質因數(shù)曲線如圖3-24所示，其實際的品質因數(shù)最小值為5，最大容值為47fF，最小容值為17.8fF。而最大/最小容值比約為2.7，低于預估值。圖3-23壓控振蕩器初始設計仿真結果容值品質因數(shù)品質因數(shù)容值(fF)VTUNE(V)圖3-24壓控振蕩器初始設計可變電容容值及品質因數(shù)曲線為了獲得更寬的調諧范圍，需要使用變容范圍更大的可變電容。如圖3-17所示，增大AMOS管的尺寸，可獲得更大的變容范圍，但品質因數(shù)會降低，進而降低諧振回路的品質因數(shù)QT。由3.3.2中振蕩器相位噪聲模型的分析可知，相位噪聲與QT成反比。理論上，為了提高相位噪聲性能，應盡量使QT取最大值。因此，單純地使用變容范圍更大的AMOS管并不是擴展頻率調諧范圍最好的解決方式。

第3章毫米波壓控振蕩器研究與設計61圖3-31優(yōu)化后的壓控振蕩器輸出頻率仿真曲線圖3-32優(yōu)化后的壓控振蕩器1MHz頻率偏移處相位噪聲仿真曲線3.4.4版圖設計與場-圖聯(lián)合仿真24GHz壓控振蕩器電路版圖如圖3-33所示。該電路使用65nm低功耗CMOS工藝設計，核心部分面積為220×315μm2。本文所設計的壓控振蕩器為差分結構，在版圖設計時應盡可能保持元件、連線的對稱布局，以保證輸出信號的對稱性。由圖3-16中振蕩器的電路結構可見，電路中使用的成對元件較多，包括PMOS管、NMOS管、可變電容和電容陣列，且電感也是對稱結構，在進行版圖布局時易于保證對稱性。需要注意的是，調諧電壓VTUNE會與振蕩器的節(jié)點A發(fā)生交叉，如圖3-34(a)所示。該交叉會在VTUNE與A點間引入一個寄生電容，使振蕩信號耦合到直流信號上，破壞版圖以及輸出信號的對稱性，甚至會引起相位噪聲的惡化。為了降低信號耦合帶來的影響，在本電路的版圖設計中，VTUNE信號線使用了0.1μm的窄

【參考文獻】：
期刊論文
[1]60GHz毫米波無線通信技術標準綜述[J]. 彭曉明,卓蘭.  信息技術與標準化. 2012(12)
[2]60GHz毫米波無線通信技術標準研究[J]. 卓蘭,郭楠.  信息技術與標準化. 2011(11)

博士論文
[1]基于CMOS工藝的射頻毫米波鎖相環(huán)集成電路關鍵技術研究[D]. 劉法恩.東南大學 2015

碩士論文
[1]低電壓低功耗鑒頻鑒相器與電荷泵的設計[D]. 汪偉江.東南大學 2016



本文編號：3478176