鎖相環(huán)用電荷泵及低通濾波器的研究與設計.pdf

1、通信技術的發(fā)明以及發(fā)展為人類的通信生活提供了極大的便利，尤其是近代以來，通信技術尤其是無線通信技術的發(fā)展非常迅速，使得通信變得更迅捷更簡便。微電子學是人類科學技術發(fā)展的基石，微電子技術在近幾十年取得了長足地發(fā)展，半導體工藝技術不斷進步，到今天已經進入了納米級并還將繼續(xù)突破?，F在，通信用無線接收機的大部分單元電路都采用單芯片結構，使其體積大幅縮小，應用范圍日益增廣。鎖相環(huán)是無線通信系統(tǒng)前端的一個重要部件，并且在許多領域具有廣泛的應用，如陸

2、地數字電視廣播系統(tǒng)。因為電荷泵鎖相環(huán)頻率獲取能力強、捕獲時間短、理論上可以達到零靜態(tài)相位誤差并擁有無限大的頻率牽引范圍，所以近年來電荷泵鎖相環(huán)成為各種通信設備中應用最為廣泛的結構。對電荷泵鎖相環(huán)的工作性能起到決定性作用的組成部分是電荷泵（Charge Pump）和低通濾波器(Low Pass Filter)，這兩部分對鎖相環(huán)環(huán)路的相位噪聲、鎖定周期等都有很大的影響。本論文的目的是為用在陸地數字電視廣播系統(tǒng)中的電荷泵鎖相環(huán)設計性能優(yōu)良的電

3、荷泵和低通濾波器，需要達到低功耗，小面積的設計要求。
　　 本文首先介紹的是電荷泵鎖相環(huán)的系統(tǒng)構成以及基本工作原理，并簡單介紹了環(huán)路中各模塊的工作原理。系統(tǒng)分析了電荷泵鎖相環(huán)中電荷泵和低通濾波器這兩個重要模塊的電路結構、工作原理以及主要作用；深入分析了電荷泵、低通濾波器的性能參數對鎖相環(huán)整體性能的影響。
　　 電荷泵的主要功能是將鎖相環(huán)前端鑒頻鑒相器（Phase-Frequency Detector）所輸出的數字信號轉換

4、成連續(xù)的模擬信號，本信號通過低通濾波器過濾后作為壓控振蕩器（V oltageControlled Oscillator）振蕩頻率的控制信號。本文首先介紹了電荷泵的工作原理，分析比較了各種類型的電荷泵結構，并對電荷泵電路的非理想因素進行了詳細的計算分析。本設計將電荷泵的充放電電流源設計成可調節(jié)共源共柵結構，抑制電流失配。從本設計電荷泵電路的仿真結果可以看出，輸出電壓非常穩(wěn)定，沒有電壓跳變，充電電流和放電電流基本處處相等。該設計結構簡單、速

5、度快、功耗低，符合專用集成電路設計的要求。
　　 低通濾波器在很大程度上決定了鎖相環(huán)的工作性能，是鎖相環(huán)的重要組成部分。本文介紹了低通濾波器的基本工作原理并且分析比較了各種類型的低通濾波器。低通濾波器的主要功能是過濾環(huán)路噪聲、優(yōu)化環(huán)路帶寬并且為壓控振蕩器提供穩(wěn)定的控制信號。對簡單的一階低通濾波器，無源比例積分濾波器、有源比例積分濾波器以及二階無源低通濾波器的工作性能進行分析和比較，最終選用了的二階無源低通濾波器。對此結構進行仿真