电荷泵锁相环Z域分析与低噪设计

论文摘要

? ? ? ?近几十年来,锁相环在无线射频通信和微处理器等领域得到广泛应用,尤其是随着集成度的不断提高,低噪声锁相环的市场需求非常大。不过将锁相环和大量的模拟,数字,射频电路集成在一起,会受到其它电路尤其是数字电路产生的干扰信号的影响,这些干扰信号常常会通过电源,衬底等途径传播,恶化锁相环的性能,这就使得低噪声电荷泵锁相环成为整个片上系统设计的难点。本文通过对各个模块进行低噪声设计,并设计出消除非理想效应的改进模块来获得低噪声。本文首先介绍电荷泵锁相环的工作原理及应用,然后进行Z域分析,与以往结构相比推导方法更简单,并给出了这种分析在理论上的意义。在电路仿真部分,为了消除鉴频鉴相器（PFD）/电荷泵（CP）的非理性效应,采用了加入延迟和锁存单元的PFD来消除CP的死区效应。压控振荡器（VCO）的设计主要是通过设计合理的偏置电路和环形振荡器电路来达到低噪声的效果。为了提高VCO达到工作电压的速度,环路中增加了启动电路,因此提高了锁定速度。最后本文完成了版图设计,在版图绘制中运用了对称性,匹配,保护环设计的思想来消除噪声。本文设计的PFD的复位脉宽小于4ns,可以基本消除死区效应的影响。CP的支路电流匹配很好,大约各支路为5 ,而且这种结构能够较好的消除时钟馈通,电荷注入共享等效应。设计得出的低噪声VCO:中心频率为216MHz,锁定时间小于2 ,输出频率范围120MHz,工作电压1.0～1.5V,增益为240MHz/V,并且在正常工作电压范围内相位噪声减小到-95.5～-94dBc/Hz。全仿结果表明锁相环锁定后的输出抖动小于30ps。本文的研究内容对于锁相环电路Z域分析和低噪声设计,提供了很好指导意义和参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 锁相环发展
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 研究目的
• 1.4 本文组织结构
• 2 电荷泵锁相环Z 域分析
• 2.1 电荷泵锁相环的工作原理与应用
• 2.2 电荷泵锁相环现有模型的描述
• 2.3 新型 Z 域分析及其意义
• 2.4 本章小结
• 3 低噪声电荷泵锁相环设计
• 3.1 相位噪声和时钟抖动
• 3.2 噪声抖动的分析方法
• 3.3 低噪声设计经验概述
• 3.4 基本参数计算
• 3.5 PFD/CP 的设计与改进
• 3.6 低噪声VCO 电路设计与改进
• 3.7 低噪声电荷泵锁相环全仿
• 3.8 本章小结
• 4 电荷泵锁相环版图
• 4.1 版图设计概述
• 4.2 低噪声电荷泵锁相环的设计
• 4.3 本章小结
• 5 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 不足与展望
• 致谢
• 参考文献