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文檔簡介
1、集成CMOS鎖相環(huán)在電子、通信系統(tǒng)中得到了廣泛應用。隨著工藝特征尺寸降低,系統(tǒng)頻率提高,抖動或者相位噪聲成為制約鎖相環(huán)應用的主要因素之一。 本論文研究標準CMOS工藝下電荷泵鎖相環(huán)的噪聲特性。首先,介紹了鎖相環(huán)的基本工作原理,利用鎖相環(huán)系統(tǒng)數(shù)學模型設計了環(huán)路參數(shù),在此基礎上,重點分析了鎖相環(huán)的抖動與相位噪聲特性,基于CSMC0.5μm CMOS工藝設計了一款用作頻率合成器的差分結(jié)構(gòu)的電荷泵鎖相環(huán)。仿真結(jié)果表明:輸出頻率為900M
2、Hz時系統(tǒng)相位噪聲為-110.4dBc/Hz@1MHz,RMS抖動為1.62ps,功耗為19.6mW。 在系統(tǒng)設計方面,本論文分析了鎖相環(huán)的s域模型,歸納總結(jié)了基于系統(tǒng)穩(wěn)定性分析設計三階電荷泵鎖相環(huán)環(huán)路參數(shù)的方法。采用Verilog-A建立了系統(tǒng)各模塊行為級模型,驗證了設計的環(huán)路參數(shù)滿足系統(tǒng)瞬態(tài)響應要求。 在相位噪聲和抖動分析方面,本論文分析了鎖相環(huán)的s域噪聲模型以及各模塊電路的噪聲模型。采用Verilog-A建立了系統(tǒng)
3、各模塊參數(shù)化噪聲模型估算系統(tǒng)相位噪聲和抖動,優(yōu)化系統(tǒng)噪聲性能。 在電路設計方面,本論文分析了標準CMOS工藝下低抖動、低相位噪聲電荷泵鎖相環(huán)晶體管級電路的實現(xiàn)方法。通過分析環(huán)形振蕩器的延遲單元結(jié)構(gòu)和相位噪聲特性,設計了與標準CMOS工藝兼容的低相位噪聲環(huán)形壓控振蕩器,該環(huán)形壓控振蕩器噪聲性能接近LC壓控振蕩器水平。通過分析電荷泵的非理想因素,設計了低電流失配電荷泵,該電荷泵具有良好的電流匹配性能。最后,設計了差分電荷泵鎖相環(huán)電路
4、,差分結(jié)構(gòu)有效的抑制了共模噪聲的影響。 在電路仿真方面,本論文通過混合仿真驗證了所設計的晶體管級電路滿足系統(tǒng)瞬態(tài)響應要求,通過Verilog-A噪聲模型估算了系統(tǒng)相位噪聲與抖動,提高了設計效率。通過優(yōu)化系統(tǒng)環(huán)路帶寬優(yōu)化了系統(tǒng)噪聲性能,在模塊電路噪聲給定的情況下使系統(tǒng)總的相位噪聲功率與抖動達到最小。該鎖相環(huán)的噪聲性能優(yōu)于同類基于環(huán)形壓控振蕩器的鎖相環(huán),達到基于LC壓控振蕩器的鎖相環(huán)水平。 最后,本論文還完成了差分電荷泵鎖相
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