射频锁相环频率合成器的设计

论文摘要

频率合成器是无线通信收发机中重要组成部件,它产生一系列与参考信号具有同样精度和稳定度的离散信号,为频率转换提供基准的本地振荡信号,其性能好坏,直接影响无线通信收发机的性能,尤其是影响接收机的灵敏度和选择性。近年来,迅速发展的锁相环频率合成技术,以其性能优势,逐渐成为频率合成器的主要设计方案。本文设计的电路为收音机芯片电路的一部分,该电路为射频通信系统中的接收机提供本振信号。首先,论文分析了频率合成器几种实现方式的优缺点,重点探讨了锁相环频率合成器的优势。然后,基于锁相环的基本工作原理,详细论述了各组成模块的原理和数学模型,并分析锁相环整个环路的工作情况,提出电荷泵锁相坏频率合成器的实现方式和数学模型。总体电路主要包括压控振荡器、鉴频鉴相器、电荷泵和可编程分频器等,分别对各模块进行电路设计,通过电路仿真分析验证电路设计的正确性。最后,基于美国JAZZ公司的0.35μm N-wellBiCMOS工艺,借助Cadence软件的版图工具对设计电路进行版图布局和布线,完成电路的版图设计和验证,并探讨了制作工艺,介绍了射频电路在版图设计过程中应注意的一些问题。仿真结果表明:电路的平均电流为3mA;压控振荡器的输出频率范围为148MHz～220MHz;细调电荷泵的充放电电流为0.9μA,功耗为62.5μW;粗调电荷泵的充放电电流为43μA,功耗为252.5μW;可编程频率分频器的分频比范围为2048～8191;设计的电路达到了预期性能指标。论文研究工作为类似的集成电路设计提供了有益的参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 频率合成器研究现状
• 1.2 课题提出
• 1.3 课题内容
• 第二章 射频锁相环频率合成器
• 2.1 锁相环工作原理
• 2.2 锁相环频率合成器原理及构成
• 2.3 本章小结
• 第三章 压控振荡器的电路设计
• 3.1 压控振荡器设计目标及结构选择
• 3.2 LC振荡器原理及数学模型
• 3.3 LC振荡器参数选择
• 3.4 VCO电路设计
• 3.4.1 工作原理
• 3.4.2 电路实现
• 3.4.3 后端缓冲级的设计
• 3.4.4 仿真分析
• 3.5 相位噪声分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 鉴频鉴相器及电荷泵的设计
• 4.1 鉴频鉴相器的设计
• 4.1.1 三态鉴相器
• 4.1.2 电路设计
• 4.2 电荷泵的设计
• 4.2.1 工作原理
• 4.2.2 电路设计
• 4.3 环路滤波器的设计
• 4.4 仿真分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 射频分频器的设计
• 5.1 基准频率分频器的设计
• 5.1.1 电路设计
• 5.1.2 仿真分析
• 5.2 可编程分频器的设计
• 5.2.1 电路设计
• 5.2.2 仿真分析
• 5.3 二分频电路的设计
• 5.3.1 电路设计
• 5.3.2 仿真分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 整体电路仿真及版图设计
• 6.1 整体电路仿真及结果分析
• 6.2 整体电路版图设计
• 6.2.1 芯片工艺选择
• 6.2.2 布局布线
• 6.3 版图验证
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 附录A 调谐系统整体版图
• 附录B 可编程分频器电路结构
• 附录C 可编程分频器仿真结果
• 在学研究成果
• 致谢