电荷泵锁相环CMOS电路的设计

论文摘要

锁相环是一种反馈电路，它既可为同步数字系统提供高速准确的时钟，也可用于通信系统的调制解调，是现代电子技术中重要的电路模块。当代许多电子产品如计算机CPU、3G手机、蓝牙模块等，都离不开锁相环电路。随着人们对电子产品工作速率要求的不断提高，手机、平板电脑等小型便携式电子设备的工作主频也已经达到GHz范围，依靠石英晶振产生的系统时钟早已无法满足要求，这就更体现了锁相环的广阔应用空间。本课题利用TannerEDA工具，在TSMC0.25μmCMOS工艺条件下，设计了一种电荷泵锁相环时钟发生器，包含鉴频鉴相器、电荷泵、压控振荡器、分频器几个模块。其中，鉴频鉴相器由数字电路构成，能够以较小的电路体积实现鉴频鉴相功能；电荷泵中引入旁路电流源结构，能够有效缩短系统锁定时间，其升、降压速率分别达到1.2V/μs和0.9V/μs；压控振荡器采用四级环形结构，并在其输出增加缓冲级，摆幅可达电源电压到地，其振荡频率范围约200MHz—800MHz，电压频率增益最大值约1082MHz/V；分频器采用三级D触发器异步分频，其中D触发器采用TSPC结构，可以满足高速工作下的要求。对系统进行调试与仿真，仿真结果表明整个锁相环系统振荡频率范围约400MHz—600MHz，锁定时间小于5μs。最后，设计电荷泵锁相环版图，版图总面积约3330μm2。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势
• 1.3 主要工作和论文体系结构
• 第2章 锁相环的工作原理
• 2.1 锁相环系统的工作原理
• 2.2 锁相环的工作状态
• 2.3 多环路锁相环
• 2.4 电荷泵锁相环的工作原理
• 2.4.1 鉴频鉴相器工作原理
• 2.4.2 电荷泵工作原理
• 2.4.3 环路滤波器工作原理
• 2.4.4 压控振荡器工作原理
• 2.4.5 分频器工作原理
• 2.5 锁相环噪声分析
• 2.6 本章小结
• 第3章 电荷泵锁相环设计
• 3.1 鉴频鉴相器设计
• 3.2 电荷泵设计
• 3.3 压控振荡器设计
• 3.4 分频器设计
• 3.5 系统整体设计
• 3.6 本章小结
• 第4章 电荷泵锁相环版图设计
• 4.1 集成电路版图概述
• 4.2 电荷泵锁相环版图设计
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢