文档介绍：复旦大学
硕士学位论文
手机基带芯片中锁相环时钟产生电路设计
姓名:张富强
申请学位级别:硕士
专业:电子与通信工程
指导教师:周锋
20071028
摘要路、时钟数据恢复电路以及频率倍增器等的核心电路。因此,锁相环的研究以及最后本文的设计在纳米、低功耗工艺上流片并测试。在缭吹压下,锁相环锁定时,压控振荡器振荡频率为,锁相环输出时钟频率为中图分类号:锁相环电路在数据通讯集成电路中有着广泛的应用,它可以作为时钟产生电设计有着极其重要的意义。在片上系统中,数字电路的规模变得越来越大,时钟频率越来越快。当大规模数字电路切换翻转时,会在芯片的电源和衬底上产生严重的噪声,这些噪声以及锁相环电路本身固有的器件噪声将共同影响锁相环的性能。锁相环的输出时钟的周期会受噪声的影响而发生瞬态的变化,这种变化在时域上被称作时钟抖动,而在频域上被称作相位噪声。锁相环电路的设计要综合考虑电路的稳定性、锁定时间、输出频率、对噪声的抑制能力以及功耗、面积等指标。本文将从这些性能指标的折衷考虑对锁相环时钟产生电路的设计展开讨论。对于成熟的电荷泵锁相环结构,本文将从系统的角度讨论如何减小锁相环的噪声。接着将讨论各个子模块的设计优化。在锁相环系统中,电荷泵以及压控振荡器产生的噪声对系统的噪声贡献最大,本文将着重讨论这两个子模块的设计,并对电荷泵死区问题、电流不匹配问题以及压控振荡器的低噪声设计等问题作了一定的研究。∮笔涑銎德饰时,时钟抖动的峰峰值为灾芷诘陌俜直任%。关键词:锁相环电荷泵锁相环电流匹配环形振荡器时钟抖动相位噪声
主要工作和项目特点论文内容安排频率,然后通过内部高速频率除法器可以产生洲.,,投抖S杀疚乃樯艿乃嗷凡氖敝佣抖蛘咚迪辔辉肷冉系停其抖动峰峰值猵只占时钟周期值的ィ愣嗝教迨只砥鞯本文各章内容安排如下:第二章介绍电荷泵锁相环幕窘峁购拖统的稳定性分析和系统设计,并简单的介绍各个子模块对涑鍪敝拥脑肷第四章详细介绍电荷泵和鉴频鉴相器姆抢硐胍蛩丶捌浣饩本文主要介绍了基于电荷泵锁相环的时钟产生电路的设计和工程实现。本项目采用了台积电纳米低功耗混合信号工艺,设计了一个频率范围为到,—制档时的测量值牡绾杀盟嗷贰本文将详细介绍电荷泵锁相环的系统结构,稳定性分析。还将详细介绍各个子模块尤其是压控振荡器和电荷泵模块的参数选取的考虑,电路结构以及仿真结果。本项目设计的时钟产生电路的特点有:凸摹2捎肨ひ眨ぷ髟贚电源电压下,典型情况下电流。..和频率的时钟,并且占空比保持在%一%之间。时钟要求。贡献以及各自的设计考虑。第三章详细介绍压控振荡器的设计,以及仿真结果。方案。第五章介绍数字部分的一些电路设计,比如高速的频率除法器和锁定检测电路等。第六章展示一些本电荷泵锁相环的整体仿真结果和流片后的芯片测试结果。第七章为总结。
电荷泵锁相环基本架构和系统设计第二章锁相环驹坤砌波器虑除高频分量后得到一个直流成分的电压飧鲈黾或者减少ǹ刂普竦雌鱒的时钟输出,使其时钟相位嗉雌德增加或者减巾要使涑龅南辔荒芄挥氩慰枷辔欢云耄匦肼阋幌录父鎏跫的振荡频率可以随时随着谋浠浠号对齐了;值不随时间改变,那么环路就锁定了。其中,该定义的一个重要的推论是锁相的概念是在世纪年代提出的,而且很快在电子学和通信领域中获得广泛应用。尽管基本锁相环自其出现之日其几乎保持原样,但是使用不同技术制作及满足不同应用要求的锁相环的实现一直给设计者提出挑战,作为时钟生成器工作的锁相环与蜂窝无限电话中使用的频率合成器十分相似,但实际电路缺有所不同。本章主要介绍电荷泵锁相环的基本原理及其系统考虑。.锁相环是把输出相位和输入相位相比较的负反馈系统。它主要由鉴相器⒒仿仿瞬ㄆ脱箍照竦雌组成。如图所示,当氖涑鍪敝拥南辔缓筒慰际敝拥南辔淮嬖谝桓鱿辔徊睢鱩时,这个相位差经由鉴相器产生一个与之成正比关系的电压飧龅缪乖倬陕少,从而与参考时钟相同,达到锁相的目的。甞吒..幸桓霰冉狭礁鱿辔坏牡缏罚簿褪羌嗥鳎美慈范ê问盫和参考信仿吩鲆嬉W愎淮螅敲丛谖忍保淙氩慰枷辔缓褪涑龅南辔恢之间的差就会降到很小的值,使相位对齐。为了后面的分析,我们必须定义相位锁定的条件。如果图的环路锁定了,我们假定①挥蒊愣ǘ易詈煤苄 R虼耍颐嵌ㄒ澹绻衞一中的图简单峁
緋箍卣鸬雌和反馈分频器等。下面我们就对每个模离%很远,,从而实现对目刂频缪沟目刂啤这种鉴频鉴相器和电荷泵电路的有自身的不足之处。由于电路实现中存在各如果其传输函数在原点只有一个极点,我们称之为退嗷罚绻浜原点有两个极点,那么我们称之为型锁相环【俊虽然退嗷繁还惴旱赜梅至⒃<迪郑淙钡闳闯W柚顾诟咝阅芗成电路中的使用。退嗷坊嵊幸桓鲅现氐娜