SOC用鎖相環(huán)控制系統(tǒng)設計及研究.pdf

1、鎖相環(huán)控制系統(tǒng)是使用反饋原理，實現(xiàn)相位自動控制的系統(tǒng)。鎖相的目的在于通過反饋調(diào)節(jié)使輸出信號相位鎖定或跟蹤輸入信號的相位變化，其結(jié)果是使相位誤差盡量地小。根據(jù)頻率與相位的變換關系，在相位差固定的情況下，頻率差為零，因此鎖相環(huán)可以實現(xiàn)兩個信號的相位同步，頻率相同。由于其具有很多優(yōu)良特性，現(xiàn)廣泛應用于各種電子設備尤其是近年來飛速發(fā)展的SOC系統(tǒng)中。 本論文的研究工作得到天津市科技發(fā)展計劃科技攻關專項項目“SOC用鎖相環(huán)IP的開發(fā)”的支

2、持。本論文在已有的鎖相環(huán)理論基礎上，經(jīng)過研究和查閱國內(nèi)外大量文獻，對其性能和設計結(jié)構(gòu)進行了更深入的研究。 本文借助于控制理論和信號分析等數(shù)學工具，分析研究了鎖相環(huán)系統(tǒng)的基本方程與模型。引用線性化分析概念，對鎖相環(huán)路進行線性化分析及基本傳遞函數(shù)推導。同時針對常用的二階鎖相環(huán)路進行實際的動態(tài)特性分析，給出其動態(tài)模型，分析環(huán)路各種特性間的制約關系，作為鎖相環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及電路設計的基礎。 由于互補性氧化金屬半導體CMOS工藝具有工

3、作電壓范圍寬、靜態(tài)功耗低、抗干擾能力強等優(yōu)點，所以本文鎖相環(huán)系統(tǒng)的研究工作是在0.13umCMOS工藝的平臺上設計高性能鎖相環(huán)系統(tǒng)，在國際上也屬于先進的制造工藝，在國內(nèi)鎖相環(huán)路系統(tǒng)的研究中也還未有成功開發(fā)的報道。 本文在分析和借鑒國內(nèi)外鎖相環(huán)設計的基礎上，研究和設計出新型的采用CMOS電荷泵鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)的鎖相環(huán)系統(tǒng)。首先對其進行數(shù)學建模和動態(tài)特性分析，作為指導具體設計的前提。然后具體闡述其結(jié)構(gòu)中包含的鑒頻鑒相器、電荷泵、環(huán)路濾波器

4、及壓控振蕩器的工作原理及主要性能要求，根據(jù)要求給出各部分的具體電路設計及仿真結(jié)果分析。同時在CMOS模擬電路設計理論的指導下，對電荷泵鎖相環(huán)系統(tǒng)性能進行了優(yōu)化，解決了電路延時、電流不匹配、數(shù)模電壓間轉(zhuǎn)換、寄生電容等問題。提出使用帶隙基準電壓源改進整體系統(tǒng)環(huán)路特性的方法，并取得很好的效果。 最后，本文還針對SOC系統(tǒng)，提出一種針對視頻和平板顯示領域的SOC芯片中，必須用到的鎖相環(huán)IP。此鎖相環(huán)IP模塊使用電荷泵鎖相環(huán)系統(tǒng)作為基礎模