CMOS快速鎖定電荷泵鎖相環(huán)的研究與設(shè)計.pdf

1、鎖相環(huán)是一個能夠?qū)崿F(xiàn)輸入和反饋信號的頻率、相位保持同步的自動控制系統(tǒng)。它已成為當今許多數(shù)模混合電路的核心模塊，廣泛應(yīng)用在數(shù)字電路、無線通訊等領(lǐng)域。電荷泵鎖相環(huán)作為數(shù)?；旌湘i相環(huán)的典型代表，不僅在理論上已證明環(huán)路穩(wěn)態(tài)相位誤差為零，而且結(jié)構(gòu)上引入鑒頻鑒相器，極大的增加了環(huán)路鎖定捕獲范圍，具有高速度、低功耗等優(yōu)點，更為高效、實用，目前也廣泛流行。因此，對電荷泵鎖相環(huán)進行深入的研究具有重要的現(xiàn)實意義。
　　 本課題源于對一款時鐘轉(zhuǎn)換芯片

2、的開發(fā)工作，設(shè)計該芯片核心模塊——電荷泵鎖相環(huán)。本文從基本電荷泵鎖相環(huán)的理論分析入手，然后對其穩(wěn)定性、動態(tài)捕獲和跟蹤特性及鎖定時間和相位噪聲等各項參數(shù)指標進行了詳細的研究，最后完成了整個電荷泵鎖相環(huán)的電路設(shè)計，并給出相應(yīng)的仿真結(jié)果。所設(shè)計電路模塊包括鑒頻鑒相器，電荷泵、二階無源濾波器、六級差分環(huán)形振蕩器和可編程分頻器。設(shè)計中優(yōu)化計算了系統(tǒng)參數(shù)以使環(huán)路達到快速鎖定，使用了相關(guān)術(shù)消除了環(huán)路非理想效應(yīng)，如，無鑒相“死區(qū)”設(shè)計、電荷泵中時鐘饋通

3、和電荷共享效應(yīng)的削弱，低抖動的差分運放單元和整形電路等。最后，本文還討論了鎖相環(huán)的版圖設(shè)計。
　　 本設(shè)計采用SMIC 0.35 μm CMOS工藝，電源電壓3.3 V，采用Synopsys公司的Hspice和Cadence公司的Spectre進行電路仿真，并使用Cadence Virtuoso繪制版圖。電路仿真結(jié)果顯示，在要求的工藝角\電源電壓\溫度組合的工作環(huán)境里，所設(shè)計的電荷泵鎖相環(huán)能快速鎖定且鎖定時間小于70 μs；輸入