锁相环电路信号完整性分析

论文摘要

锁相环在很多领域都得到了广泛应用。我们公司的HDMI芯片一般包括两个锁相环,即主锁相相环和音频相相环。本文主要对HDMI芯片音频锁相环的进行信号完整性分析,以及对各个参数进行分析和建模,最后给出了一些分析结果。在此基础上,着重对锁相环电路的环路参数进行信号完整性分析和噪声估计方法。本论文研究的音频锁相环随机抖动（rms）在50ps以内,确定性抖动（pk-pk）也在80 ps以内,工作电压为1.2伏,该并采用TSMC 90nm CMOS工艺HDMI芯片的锁相环电路加以验证。在环路参数信号完整性分析方面,本文定量分析了环路参数由于工艺、电压和温度等条件的变化对整个环路稳定性的影响。在噪声估计方法,建立了对电荷泵等效噪声估算的采样噪声模型,并且进一步的采用了基于环路的噪声参数模型和基于性能指标的噪声参数模型来估算整个环路的相位噪声。最后,通过仿真和芯片测试,对于基于稳定性优化的参数模型进行信号完整性分析,锁相环各部分电路等效噪声模型的准确性和环路噪声估计方法的可行性。论文论述了从锁相环电路的系统级参数估计到各部分电路信号完整性分析的完整流程,在此基础上,文章最后提出了噪声优化的方法,为进一步的研究工作提供的较好的参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 选题意义
• 1.3 研究方法及内容
• 1.4 论文的组织结构
• 2 信号完整性相关理论
• 2.1 信号完整性的定义
• 2.2 信号完整性的重要性
• 2.3 信号完整性技术演进
• 2.4 芯片内部信号完整性问题
• 2.5 锁相环电路的信号完整性分析简介
• 3 锁相环电路的介绍
• 3.1 锁相环电路系统介绍
• 3.2 锁相环电路模块介绍
• 3.2.1 相位探测器介绍
• 3.2.2 电荷泵电路的介绍
• 3.2.3 环路滤波器电路的介绍
• 3.2.4 压控振荡器电路的介绍
• 4 锁相环电路信号完整性问题分析
• 4.1 锁相环电路参数化等效噪声模型
• 4.1.1 电荷泵的等效输出噪声电流－采样等效噪声模型
• 4.1.2 环路滤波器的等效输出噪声电压
• 4.1.3 VCO 和分频器的噪声参数模型
• 4.2 环路的总输出相位噪声估计
• 4.3 锁相环信号完整性基本概念－相位噪声和时钟抖动
• 4.3.1 相位噪声
• 4.3.2 工程领域相位噪声测量原理简述
• 4.3.3 时钟抖动
• 4.4 环路噪声的优化方法
• 4.5 信号抖动降低方法
• 5 仿真、测试与分析
• 5.1 HDMI 音频锁相环仿真
• 5.1.1 HDMI 音频锁相环 VCO 仿真
• 5.1.2 HDMI 音频锁相环电荷泵仿真
• 5.1.3 HDMI 音频锁相环低通滤波器仿真
• 5.2 HDMI 音频锁相环的性能指标测试
• 5.2.1 音频锁相环相位噪声的测试
• 5.2.2 音频锁相环时钟抖动的测试
• 6 总结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录