基于0.18μm RF CMOS工艺的ΔΣ小数频率合成器研究

论文摘要

本文基于Chartered Semiconductor 0.18μm RF CMOS工艺库,完成了一种ΔΣ小数型频率合成器的设计。首先,分析了小数型频率合成器的原理,重点研究了MASH 1-1-1和四位三阶结构两种ΔΣ调制器的结构及其量化噪声特性。建立了频率合成器的系统级仿真模型,包括瞬态仿真模型、相位噪声分析模型、非线性分析模型等,重点分析了在电荷泵充放电电流存在失配情况下对ΔΣ调制器量化噪声的影响,为电路设计提供了重要的理论指导。在此基础上,依据项目指标要求确定了系统的主要参数和电路结构,并完成了电荷泵、压控振荡器、自动选带电路等模块的电路设计。电荷泵采用改进型结构,提高了充放电电流的匹配度;压控振荡器采用开关电容阵列结构,提高了频率范围并有效减小了压控振荡器的增益,设计重点研究了尾电流源、二次谐波滤波等抑制相位噪声的电路结构。最后完成了频率合成器的版图设计、流片。完成了压控振荡器部分的电路测试分析,工作电流为5mA,900kHz偏移频率处相位噪声达到-120dBc/Hz,增益约为70MHz/V。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 应用背景
• 1.2 研究难点
• 1.3 论文结构
• 第二章 频率合成器基础
• 2.1 频率合成技术概述
• 2.2 锁相环型频率合成器原理及结构
• 2.2.1 锁相环型频率合成器原理
• 2.2.2 锁相环型频率合成器结构
• 2.3 频率合成器的指标参数
• 2.4 ΔΣ小数型频率合成器基础
• 2.4.1 ΔΣ调制器原理
• 2.4.2 ΔΣ调制器量化噪声基础
• 2.4.3 ΔΣ调制器的杂散抑制
• 2.4.4 MASH 1-1-1 和多位高阶结构ΔΣ调制器
• 第三章 频率合成器建模分析
• 3.1 频率合成器的线性模型
• 3.1.1 电荷泵的线性模型
• 3.1.2 压控振荡器的线性模型
• 3.1.3 频率合成器的线性模型
• 3.2 频率合成器行为级建模分析
• 3.3 频率合成器的噪声分析模型
• 3.3.1 噪声分析模型
• 3.3.2 系统相位噪声及其分析方法
• 3.3.3 频率合成器的系统噪声分析
• 3.4 ΔΣ小数频率合成器的非线性分析模型
• 3.4.1 ΔΣ小数频率合成器中的非线性因素及其影响
• 3.4.2 模型建立及仿真分析
• 第四章 频率合成器电路设计
• 4.1 鉴频鉴相器和电荷泵设计
• 4.1.1 原理分析
• 4.1.2 电路设计与仿真
• 4.2 压控振荡器
• 4.2.1 LC 型压控振荡器原理
• 4.2.2 电路设计与仿真
• 4.3 自动选带电路
• 4.3.1 自动选带原理
• 4.3.2 电路设计与仿真
• 第五章 系统仿真与芯片测试
• 5.1 系统仿真
• 5.2 版图及流片
• 5.3 芯片测试
• 5.3.1 测试平台
• 5.3.2 测试结果及分析
• 第六章 总结
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢