论文摘要
USB2.0接口标准以其可以将设备之间的数据传输速度增加到480Mbps的优势被广泛应用，市面上USB2.0的规格有全速（Full-Speed）和高速（High-Speed），其中高速的理论传输速率就是480Mbps。本文致力于让用户使用的设备稳定高速的传输数据，提出了一个高稳定性的480MHz锁相环（Phase Locked Loop：PLL）的设计和实现，用在USB2.0收发器物理层的部分保证时钟的稳定和精准。本文首先介绍了锁相环的基本理论和结构，重点介绍本论文设计的电荷泵锁相环。主要从构成电荷泵锁相环的模块包括鉴频鉴相器，电荷泵，环路滤波器，压控振荡器和分频器分别介绍它们的原理，电路结构，数学模型和传输函数，并且从系统角度对锁相环进行环路分析，给出开闭环传输函数，零极点分布，频率响应，及其噪声模型。在此基础上本文设计一种高稳定性480MHz的锁相环，按照模块分别给出设计方法，电路实现，然后对所设计的电路进行仿真和分析。文中压控振荡器采用双端控制的四级差分环形压控振荡器，环路滤波器采用二阶无源RC滤波器。另外，本文提出了一种电流可调电荷泵的电路设计。该电路的设计分两个部分，一是电荷泵电流可调部分，另一个是电荷泵开关电路部分。在电流可调电路部分，它通过外部寄存器的配置来调整电流，可以补偿因工艺制造过程中的离散性造成电路参数的偏差，从而保持锁相环的稳定性，以提高产品的成品率。传统的电荷泵电路的电流是固定的，或者通过改变电流镜管子的宽长来改变电荷泵中的电流。如果电荷泵的电流固定，只能通过调节环路滤波器或者VCO来调整锁相环的振荡频率，但是这样整个锁相环的传输函数都会发生大的改变，不利于整个环路稳定性的控制；如果是通过改变电流镜管子的宽长来改变，每次修改需要涉及到版图的修改。本论文中的电荷泵通过控制信号位，实现整数或者小数倍电流，具有极大的灵活程度。在开关电路部分，本文采用“自举”电路结构，通过分析其非理想因素和仿真结果，与其它两种基本单端电荷泵相比较，本文设计的电荷泵有效地解决了电荷共享的问题，使得上拉电流和下拉电流更匹配，从而提高了锁相环的稳定性。为了进一步提高稳定性，本论文在锁相环系统分析的基础上，针对环路滤波器对环路带宽造成影响，通过调整环路滤波器中参数值来对电路进行优化。通过仿真结果的对比，优化锁相环的相位裕度增大，信噪比增大，使得带宽处在让噪声和锁定时间均衡的合理位置，时域上代表频率稳定的V ctrl值更加平稳。本文电路经流片测试后USB2.0High-Speed运行正常，达到了设计要求。
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标签：锁相环论文; 压控振荡器论文; 电荷泵论文; 环路滤波器论文; 电流可调小数倍电流论文; 稳定性论文; 相位裕度论文;