基于CMOS的線性鎖相環(huán)研究與設(shè)計(jì).pdf

1、近年來(lái)集成電路制造工藝的進(jìn)步，推動(dòng)了無(wú)線通信技術(shù)的迅速發(fā)展。無(wú)線通信系統(tǒng)由三部分電路組成：射頻收發(fā)鏈路、信號(hào)處理后端和用戶端接口，其中射頻收發(fā)鏈路是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，其性能好壞對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的性能有至關(guān)重要的影響，實(shí)現(xiàn)全集成、多制式、低成本的無(wú)線收發(fā)器已成必然趨勢(shì)。而鎖相環(huán)作為接收鏈路和發(fā)射鏈路共同的一部分，也是整個(gè)射頻收發(fā)鏈路中最為關(guān)鍵的一部分，是無(wú)線收發(fā)器的核心電路，其性能好壞影響了接收鏈路和發(fā)射鏈路的性能好壞，是決定收發(fā)器性能好壞

2、的關(guān)鍵因素，但也同時(shí)是實(shí)現(xiàn)全集成無(wú)線收發(fā)器的主要難點(diǎn)。
　　本文首先介紹了鎖相環(huán)在數(shù)字系統(tǒng)、模擬信號(hào)調(diào)制解調(diào)和射頻收發(fā)鏈路中的應(yīng)用，重點(diǎn)介紹鎖相環(huán)在頻率綜合器中的應(yīng)用。接著針對(duì)Σ-Δ小數(shù)頻率合成器常用的電荷泵鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，介紹了鎖相環(huán)基本工作原理，分析和比較了電荷泵鎖相環(huán)中的各個(gè)常用模塊，并且針對(duì)存在的一些問(wèn)題進(jìn)行了討論，提出了常用的解決辦法。然后對(duì)電荷泵鎖相環(huán)進(jìn)行了環(huán)路分析，并分析了壓控振蕩器的非線性粗調(diào)諧特性對(duì)鎖相環(huán)性能

3、的影響。
　　針對(duì)鎖相環(huán)存在的非線性的問(wèn)題，基于鎖相環(huán)環(huán)路各個(gè)模塊電路，將確定電路之后的參數(shù)加入環(huán)路分析之中，獲取對(duì)壓控振蕩器粗調(diào)諧特性線性度的要求。針對(duì)壓控振蕩器的非線性粗調(diào)諧特性的問(wèn)題，本文提出了一種新型電容陣列結(jié)構(gòu)的線性粗調(diào)諧壓控振蕩器。不同于傳統(tǒng)壓控振蕩器，該壓控振蕩器只有一組MOS電容，通過(guò)四路數(shù)字信號(hào)控制電阻陣列和電流源陣列得到一組偏置直流電壓，構(gòu)成等效電容陣列進(jìn)行粗調(diào)諧，一路模擬控制電壓通過(guò)電流疊加的方式疊加在MOS

4、變?nèi)莨艿目刂齐妷盒盘?hào)上，進(jìn)行精細(xì)調(diào)諧。電阻陣列控制不同數(shù)字信號(hào)下的調(diào)諧增益KVCO，和電流源陣列共同產(chǎn)生直流偏置電壓控制步進(jìn)頻率，可以靈活精確設(shè)置不同數(shù)字信號(hào)控制下的電容值大小，以取得線性的粗調(diào)諧特性。仿真結(jié)果顯示該壓控振蕩器在不同數(shù)字控制信號(hào)下的調(diào)諧特性幾乎相同，相比于傳統(tǒng)二進(jìn)制電容陣列擁有更好的粗調(diào)諧特性。
　　在此基礎(chǔ)上，采用CSMC0.18μm的CMOS六層金屬工藝對(duì)鎖相環(huán)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)與仿真，完成了5.8GHz單片集成鎖相