CMOS無(wú)電感寬帶頻率綜合器關(guān)鍵技術(shù)的研究.pdf

1、現(xiàn)代片上系統(tǒng)功能多，模塊多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，往往需要多個(gè)時(shí)鐘源。實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘源最普遍的方式是基于鎖相環(huán)的頻率綜合器。鎖相環(huán)產(chǎn)生的周期信號(hào)，為cpu、I/O接口等模塊提供時(shí)鐘。時(shí)鐘信號(hào)的時(shí)鐘抖動(dòng)(jitter)與數(shù)字系統(tǒng)中預(yù)留的建立時(shí)間直接相關(guān)，影響到數(shù)字系統(tǒng)所能達(dá)到的工作頻率。片上系統(tǒng)除了要求鎖相環(huán)具有高性能、低功耗，還要求復(fù)雜環(huán)境下的穩(wěn)定性。想要滿足各種應(yīng)用對(duì)鎖相環(huán)的苛刻要求，設(shè)計(jì)出高性能的振蕩器尤為重要。L-C振蕩器因其優(yōu)異的噪聲性能被廣泛應(yīng)

2、用于產(chǎn)生收發(fā)機(jī)的本振信號(hào);環(huán)型振蕩器雖然無(wú)法在噪聲性能上與L-C振蕩器相比擬，但其占用面積小，調(diào)諧范圍大的優(yōu)點(diǎn)有助于芯片成本的降低，對(duì)片上系統(tǒng)等應(yīng)用至關(guān)重要。
　　為了增加振蕩器的調(diào)諧范圍，多數(shù)環(huán)型振蕩器都通過(guò)限制流過(guò)晶體管的電流來(lái)控制充放電速度。但是在極端情況下，振蕩器的直流工作點(diǎn)會(huì)嚴(yán)重偏移最佳工作點(diǎn)，造成電流效率的下降，使得振蕩器的品質(zhì)因數(shù)下降。在寬帶應(yīng)用中，振蕩器的增益很大，工藝溫度變化引起的增益變化也會(huì)影響環(huán)路的穩(wěn)定，控制

3、電壓上耦合的噪聲也會(huì)給系統(tǒng)帶來(lái)額外的噪聲，并且放大參考雜散的幅度。本文對(duì)環(huán)型振蕩器的相位噪聲和頻率調(diào)諧等問(wèn)題做出了分析，設(shè)計(jì)了一種線性分段調(diào)諧的電路結(jié)構(gòu)，并以CML差分振蕩器為例在180nm CMOS工藝上進(jìn)行了流片。該振蕩器以2.9mW的功耗在1.4GHz頻率達(dá)到了-93.5dBC/Hz的相位噪聲，品質(zhì)因數(shù)為151.8dBc/Hz。
　　環(huán)型振蕩器除了噪聲性能不佳外，還易受工藝、溫度和電壓的影響。在片上系統(tǒng)中，數(shù)字電路的高速開(kāi)關(guān)

4、行為產(chǎn)生的電流脈沖會(huì)通過(guò)襯底耦合到整個(gè)芯片，形成電源噪聲，惡化振蕩器的性能。電源噪聲已經(jīng)成為制約環(huán)型振蕩器性能的主要因素。為了抑制電源噪聲，通常會(huì)在鎖相環(huán)中加入線性穩(wěn)壓器，這將引入了額外的功耗和穩(wěn)定性問(wèn)題。本文設(shè)計(jì)了一種基于開(kāi)環(huán)補(bǔ)償?shù)沫h(huán)型振蕩器電源電壓噪聲抑制技術(shù)，通過(guò)控制延遲單元的尾電流源來(lái)降低振蕩器的電源電壓敏感度，從而減輕電源噪聲對(duì)振蕩器性能的影響。該電路于180nm CMOS工藝進(jìn)行了流片，測(cè)試結(jié)果驗(yàn)證了該設(shè)計(jì)的有效性。

5、　　片上系統(tǒng)往往需要多個(gè)時(shí)鐘，不同的模塊對(duì)時(shí)鐘源的要求不盡相同，針對(duì)每個(gè)模塊設(shè)計(jì)不同的時(shí)鐘源會(huì)增加整個(gè)系統(tǒng)的研發(fā)成本。為了降低片上系統(tǒng)的研發(fā)成本，一般會(huì)根據(jù)所使用的工藝制程設(shè)計(jì)通用的時(shí)鐘產(chǎn)生電路IP。本文基于40nm cmos工藝設(shè)計(jì)了一種低成本頻率綜合器電路。該頻率綜合器采用了多振蕩器多頻帶的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)100MHz到3.2GHz的頻率范圍，并通過(guò)AFC系統(tǒng)根據(jù)分頻比對(duì)頻帶進(jìn)行選擇;采用了電容倍乘結(jié)構(gòu)來(lái)節(jié)約芯片面積并設(shè)計(jì)了動(dòng)態(tài)匹配電荷泵