文档介绍：武汉科技大学
硕士学位论文
CMOS集成电荷泵锁相环的理论研究与电路设计
姓名:冯伟平
申请学位级别:硕士
专业:控制理论与控制工程
指导教师:张涛
20090520
武汉科技大学硕士学位论文摘要随着集成电路技术的高速发展,锁相环电路得到了越来越多的关注,目前在超大规模集成电路及片上系统中扮演着不可或缺的角色。其中,电荷泵锁相环因其具有低功耗、锁定相差小、低抖动和捕获范围大等优点而成为当前锁相环设计的主流。文章从锁相环的理论研究入手,建立了环路的线性和非线性模型,对锁相环的动态特性、跟踪特性、捕获时间、稳定性等各项参数指标进行了详细的研究与分析。对于电荷泵锁相环,采取了自顶向下的设计方法,从系统级开始研究其模型和指标,逐步过渡到晶体管级的模块的设计与仿真。最终设计了一款电荷泵锁相环,,可消除电荷共享和时钟馈通的电荷泵,具有消除电压纹波效果的低通滤波器,特别是采用了五级差分环形振荡器,大大抑制了电源和衬底噪声的干扰,从而得到了增益线性度高的输出波形。最后,针对数模混合集成电路设计的复杂性,综合数模混合版图设计所需遵循的一般性原则和本电路各模块的特殊要求,进行了版图设计。本文电路采用∥哪P涂庀陆辛个模块以及整体环路的设计均达到了设计指标要求。关键词:电荷泵锁相环;一次变化功能;预充电式鉴频鉴相器;差分环形振荡器;相位噪声第一./ぞ撸贑仿真,并使用工具完成了版图设计。仿真结果表明,该电荷泵锁相环各
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期:上啤这磕日期:缉垒兰论文作者签名:三墨隼季论文作者签名:三墨菽武汉科技大学研究生学位论文创新性声明研究生学位论文版权使用授权声明本人郑重声明:所呈交的学位论文是本人在导师指导下,独立进行研究所取得的成果。除了文中已经注明引用的内容或属合作研究共同完成的工作外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。申请学位论文与资料若有不实之处,本人承担一切相关责任。本论文的研究成果归武汉科技大学所有,其研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解武汉科技大学有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向有关部门凑铡段浜嚎萍即笱Ч赜谘芯可宦畚氖章脊ぷ的规定》执行徒宦畚牡母从〖偷缱影姹荆市砺畚谋徊樵暮徒柙模学校将本论文的全部或部分内容编入学校认可的国家相关数据库进行检索和对外服务。指导教师签名:日
武汉科技大学硕士学位论文第一章绪论研究意义锁相环是一种通过不断比较外部信号相位与本振信号相位并将差距化为反馈量来调整本振信号频率与相位以实现外振与本振相位同步的反馈电路。系统稳定时,频率和相位锁定在外部输入信号上,又使用了反馈的电路机制,因此叫做锁相环锁相环电路按照电路实现方式大体可以分为四类:D馑嗷罚ú抗δ苣?均由模拟电路实现。;旌闲藕潘嗷罚导嗥饔墒值缏肥迪郑制灯饔数字或模拟电路实现,其余模块由模拟电路实现。炙嗷罚ú抗δ苣?榫数字电路实现。砑嗷罚δ苡扇砑迪帧R话愕兀ひ到绾脱踅缭谒嗷技术方面的研究和开发大多集中在时钟发生器和频率综合器两个方面的应用上。不可替代的强大优势获得了格外的青睐。在理论上,它可以证明静态相位误差为零,.在实践中,它具有高速、低功耗、低抖动的特性,是设计实现锁相环的一个简单、高效的方法。通过环路带宽、阻尼因子、锁定范围等变量的折衷,可以对环路参数进行灵活的设计。电荷泵锁相环一般用数字电路实现环路中的分频器和鉴相器,模拟电路实现环路滤波器和压控振荡器等模块。它主要用于频率综合;时钟处理等领域,是目前应用最为广泛的一种锁相环,本文也正是研究了用于频率合成器的电荷泵锁相环的设计。集成电路技术的进步使得电荷泵锁相环朝着片上集成的方向发展。现在,集成锁相环已经成为数字、模拟和射频集成通信系统中不可或缺的基本部件。起初,低噪声电荷泵锁相环主要由双极型工艺实现,它具有高速、低噪声等优点,但集成度不高、成本较高、功耗较大。而工艺具有下列非常显著的优点:呒啥龋便于数模混合集成;梢允迪值偷缭吹缪梗墒斓闹瞥蹋垢扇拍芰η俊在工作频率相对较高的际跏迪种校喽杂贐,,琒珺艺来说工艺具有绝对的优势。随着工艺技术的发展,人们更倾向于用这一工艺来实现片上锁相环。在目前广为应用的数模混合式电荷泵锁相环中,主流压控振荡器氖迪种饕S谐振器和环形振荡器两大类送饣褂幸恢植怀S玫恼懦壅竦雌。谐振结构具有品质因素蹈叩挠攀疲谝G蠓浅5偷亩抖辔辉肷阅艿挠τ弥谐32捎谩5怯惺考虑面积限制,较大面积的电感必须置于片外。然而考虑到片间接口的功耗和寄生效应等因素