ΔΣ小数频率合成器关键模块的设计

论文摘要

本文重点研究了ΔΣ小数频率合成器中关键模块（鉴频鉴相器和电荷泵）的设计。PFD中将延时与复位单元分开,既消除了死区,又减小了反向增益发生的范围。电荷泵采用差分结构及虚拟支路,减小了常见的电荷注入以及电荷分享,改善了频率合成器的输出频谱;电流源采用cascode结构,减小电压余度的消耗并增强匹配;在电荷泵的差分结构中使用一个单位增益放大器,保持虚拟支路和充放电支路的电位相同,消除电荷分享。基于Chartered 0.35um RF工艺,完成了电路仿真、版图设计与流片。为了进一步提升小数频率合成器性能,本文还基于TSMC 0.25um RF工艺,设计了一阶及高阶补偿的高性能（近似的零温度系数）电流基准源,为电荷泵提供20uA的稳定的偏置电流。该基准源由bandgap核心电路、折叠cascode运放及启动电路等模块组成。高阶补偿电路的仿真结果表明它具有很小的温度漂移和很高的电源抑制比:在-20℃到150℃温度范围内,输出电流的温度系数约为5ppm/℃;在10kHz以内,PSRR为93dB,并且在10kHz 2MHz范围内,PSRR仍大于60dB。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 综述
• 1.1 小数型锁相环频率合成器
• 1.1.1 频率合成器的类型
• 1.1.2 频率合成器的主要性能指标
• 1.2 ΔΣ小数频率合成器的构成
• 1.2.1 鉴频鉴相器（PFD）
• 1.2.2 电荷泵（Charge Pump）
• 1.2.3 环路滤波器（Loop Filter）
• 1.2.4 压控振荡器（VCO）
• 1.2.5 分频器（Divider）及Δ∑调制器（DSM）
• 1.3 系统分析
• 第二章 鉴频鉴相器（PFD）的设计
• 2.1 传统PFD 结构
• 2.1.1 基本（典型）PFD
• 2.1.2 常用（传统）PFD
• 2.2 应用于频率合成器的PFD 设计
• 2.3 PFD 电路设计
• 第三章 电荷泵的设计
• 3.1 电荷泵的综述
• 3.1.1 电荷泵中的非理想效应
• 3.1.2 常见的电荷泵结构
• 3.1.3 电荷泵的传输函数及考虑因素
• 3.2 应用于ΔΣ小数频率合成器中的电荷泵的设计
• 3.3 电路设计及仿真结果
• 第四章 ΔΣ小数频率合成器的版图
• 4.1 小数频率合成器的版图设计
• 4.1.1 PFD 及电荷泵的版图
• 4.1.2 整体版图
• 4.2 设计所需的改进
• 第五章 电流基准源
• 5.1 电流基准源原理
• 5.1.1 带隙基准
• 5.1.2 基本PTAT 电流基准源
• 5.2 零温度系数电流基准源
• 5.2.1 一阶温度补偿
• 5.2.2 高阶温度补偿
• 5.3 电路设计与仿真
• 5.3.1 组成部分
• 5.3.2 整体仿真
• 第六章 总结
• 参考文献
• 科研情况说明
• 致谢