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《复旦大学》 2004年
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数字CMOS工艺实现的单片本振电路

苏彦锋  
【摘要】:本篇论文的主题是在标准数字CMOS工艺条件下,研究单片集成无线通信系统中本机振荡电路的设计。论文从系统的角度,改进了电荷泵锁相环事件驱动模型的实现方法;在器件方面,提出了提高片上螺旋电感性能的实用方法和节约芯片面积的电容实现方法;在电路方面,设计并实现了用于蓝牙系统本振信号发生的频率综合器,其独特之处在于实现了完全集成的CMOS倍频VCO。下面简单介绍一下每章的内容。 论文首先从射频(RF)电路的角度出发,分析了CMOS工艺的现状和未来的趋势,以及器件特征尺寸缩小对RF电路性能的影响,并且重点介绍了CMOS技术作为RF电路基础工艺时的一些具体问题。 其次,论文介绍了用于本振电路的频率综合器的常见结构,性能指标,以及作为其理论基础的锁相环模型和相位噪声模型。在系统级的实现上,为了快速仿真用于跳频系统中的电荷泵锁相环,本文在比较几种常见仿真方法的基础上,重点研究了电荷泵锁相环的事件驱动模型,并且针对这种模型的具体实现提出了一些改进。改进后的实现方法主要用于快速仿真跳频系统中频率合成锁相环的稳定性和建立时间。 再次,由于电路的实现依赖于数字CMOS工艺能够提供的各种器件,本文研究了片上电感的建模和实现,并且提出了一种在标准数字CMOS工艺条件下,提高片上螺旋电感性能的实用方法;以及在缺少双层多晶硅电容的情况下,可以大大节约芯片面积的一种电容实现方法;另外还简单介绍变容管的实现和模型等方面的问题,并对其他工艺因素,如有源器件的性能,衬底和互联的影响等做了一些探讨。 最后,基于对系统和器件的认识和讨论,具体设计了一种适用于单片集成Bluetooth发接器的本振电路,并完成了测试。其中重点研究了该电路的核心,即一种倍频式压控振荡器(VCO)。这种VCO由两部分组成,主VCO的振荡频率是所需本振频率的一半,然后采用“注入锁频”原理对主VCO的振荡频率进行倍频以产生本振信号。主VCO和倍频电路都使用片上集成电感,无需外接元件,从而提高芯片的集成度。为了补偿工艺偏差的影响,谐振回路中使用数字开关控制的电容阵列,以便于对成品芯片进行软件可编程的调整。在电路设计中利用了本文介绍的关于尽量提高片上集成电感性能和减小电容面积的方法。经过版图设计,该电路在TSMC0.35μm1P4M数字CMOS工艺流片后进行了测试。
【学位授予单位】:复旦大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TN432

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【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 衣晓峰;全单片集成的多模CMOS正交频率综合器的研究[D];复旦大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 盛云;标准数字CMOS工艺下高速流水线模数转换器的研究与设计[D];复旦大学;2008年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前5条
1 池保勇,石秉学;基于对称螺旋型电感和差分二极管的2.4GHz CMOS正交输出压控振荡器(英文)[J];半导体学报;2002年02期
2 苏彦锋,王涛,朱臻,洪志良;标准数字CMOS工艺中LC谐振回路的改进和应用[J];半导体学报;2003年12期
3 李力南,钱鹤;RF集成电感的设计与寄生效应分析[J];固体电子学研究与进展;2002年02期
4 苏彦锋,衣晓峰,朱臻,洪志良;一种用于Bluetooth发接器的倍频式VCO[J];固体电子学研究与进展;2004年03期
5 苏彦锋,王涛,衣晓峰,洪志良;跳频系统中电荷泵锁相环的事件驱动仿真[J];系统工程与电子技术;2003年08期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 宁彦卿;王志华;陈弘毅;;CMOS LC VCO中交叉耦合MOS管的结构和特点[J];半导体技术;2007年01期
2 李争;李哲英;;集成电感设计优化方法[J];半导体技术;2007年02期
3 苏彦锋,王涛,朱臻,洪志良;标准数字CMOS工艺中LC谐振回路的改进和应用[J];半导体学报;2003年12期
4 王雪艳,朱恩,熊明珍,王志功;11GHz CMOS环形压控振荡器设计[J];半导体学报;2005年01期
5 衣晓峰,苏彦锋,朱臻,洪志良;一种2.4GHz的CMOS注入锁频倍频器[J];半导体学报;2005年05期
6 李争;李哲英;;硅基集成电路螺旋电感优化设计方法[J];北京交通大学学报;2007年05期
7 刘婧;石艳玲;曹福全;唐深群;陈大为;黄浩;叶红波;王勇;薛琳艳;;金属线宽与间距渐变的片上螺旋电感设计规则研究[J];电子器件;2008年04期
8 张丽,王洪魁,张瑞智;三阶电荷泵锁相环锁定时间的研究[J];固体电子学研究与进展;2004年02期
9 曾健平;何先良;章兢;晏敏;曾云;;三阶电荷泵锁相环的改进型事件驱动模型[J];湖南大学学报(自然科学版);2008年03期
10 谭延亮;游开明;袁红志;;一种新型立体集成电感设计[J];衡阳师范学院学报;2008年03期
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 栗曦;双频Wilkinson功分器及介质顶相控阵天线研究[D];西安电子科技大学;2011年
2 崔福良;蓝牙收发机中混频器电路和镜像抑制电路的分析与设计[D];复旦大学;2004年
3 王方林;CMOS蓝牙射频发送器的研究与设计[D];复旦大学;2004年
4 王涛;高速低噪声锁相时钟恢复电路研究[D];复旦大学;2004年
中国硕士学位论文全文数据库 前9条
1 李晓婵;全集成片上电感电容压控振荡器设计[D];武汉科技大学;2011年
2 刘晓稳;数/模混合电路的行为级设计和验证[D];合肥工业大学;2005年
3 项顺祥;S波段频率合成器的设计与仿真[D];西北工业大学;2007年
4 郑淑启;高稳定K波段锁相频率合成器关键技术及其应用[D];中国科学院研究生院(上海微系统与信息技术研究所);2007年
5 李争;低噪声电荷泵锁相环电路设计理论与技术[D];北京交通大学;2008年
6 文华锋;1.8GHz低噪声、宽带LC压控振荡器[D];湖南大学;2008年
7 谢妍;高频双带CMOS LC正交压控振荡器设计[D];湖南大学;2008年
8 赵斌;宽调谐低噪声低功耗LC压控振荡器的设计[D];湖南大学;2009年
9 贾宁波;应用于降压型开关电源的LDO设计与研究[D];西安电子科技大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前3条
1 衣晓峰,苏彦锋,朱臻,洪志良;一种2.4GHz的CMOS注入锁频倍频器[J];半导体学报;2005年05期
2 秦亚杰,朱臻,苏彦锋,叶菁华,陈一辉,洪志良;一种用于蓝牙系统的延迟锁相正交信号发生器[J];固体电子学研究与进展;2005年01期
3 李骅;衣晓峰;洪志良;;一种相位开关型分频器电路的噪声分析[J];固体电子学研究与进展;2006年02期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 黄飞鹏;适宜于系统集成的高速低功耗模/数转换器(ADC)的研究[D];复旦大学;2005年
2 李丹;音频信号的过采样处理及转换[D];复旦大学;2007年
【二级引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 章华江;应用于短距离器件的带频率自校准分数分频频率综合器的研究与设计[D];复旦大学;2008年
2 陈义琦;一款应用于无线收发器的宽频带频率合成器的设计[D];华中科技大学;2009年
3 邢晓领;L波段LC压控振荡器和高速二分频电路的研究与设计[D];西安电子科技大学;2011年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 林敏,王海永,李永明,陈弘毅;2-GHzCMOS射频低噪声放大器的设计与测试[J];电子学报;2002年09期
2 李力南,钱鹤;RF集成电感的设计与寄生效应分析[J];固体电子学研究与进展;2002年02期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 陈文焕 ,叶星宁;三阶电荷泵锁相环系统级设计与仿真验证[J];电子设计应用;2005年03期
2 范木宏,成立,刘合祥;电荷泵锁相环的全数字DFT测试法[J];半导体技术;2005年04期
3 赵国光;李斌;;一种新型低电荷共享电荷泵电路[J];中国集成电路;2007年10期
4 蒋召宇,李丽,徐诺,高明伦;电荷泵锁相环中相位噪声的抑制和讨论[J];现代电子技术;2004年12期
5 鲁昆生,王福昌;电荷泵锁相环设计方法研究[J];华中理工大学学报;2000年01期
6 胡建赟;闵昊;;一种适用于NRZ数据的时钟数据恢复电路[J];微电子学;2005年06期
7 黄可;冯全源;;DC-DC变换器中CMOS电荷泵锁相环的设计[J];微电子学;2010年03期
8 黄水文,徐勇,黄颋,陈志恒,王志功;应用于5GHz无线局域网的频率合成器设计[J];电子工程师;2004年03期
9 耿波;高玉良;管亮中;;降低电荷泵锁相环频率合成器的杂散分析[J];空军雷达学院学报;2011年03期
10 苏彦锋,王涛,衣晓峰,洪志良;跳频系统中电荷泵锁相环的事件驱动仿真[J];系统工程与电子技术;2003年08期
中国重要会议论文全文数据库 前3条
1 杨坡;黄显核;夏丹丹;;电荷泵锁相环环路滤波器的设计[A];2011'中国西部声学学术交流会论文集[C];2011年
2 徐文祥;;高性能频率合成器性能仿真及验证[A];第七届全国信息获取与处理学术会议论文集[C];2009年
3 李义慧;冯军;王远卓;王志功;;10Gb/s时钟恢复与数据判决单片集成电路的设计[A];全国第十三次光纤通信暨第十四届集成光学学术会议论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 严杰锋;电荷泵锁相环的模型研究和电路设计[D];复旦大学;2006年
2 赵益波;切换线性系统的建模与分析[D];华南理工大学;2011年
3 陈楠;低功耗频率合成器的关键技术研究[D];中国科学技术大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 任颖;高性能可编程电荷泵锁相环的设计与研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
2 李垚光;微惯性器件中电荷泵锁相环模块的设计[D];哈尔滨工业大学;2011年
3 李逢博;电荷泵锁相环Z域分析与低噪设计[D];华中科技大学;2011年
4 李帅;高性能电荷泵锁相环的设计与实现[D];武汉科技大学;2012年
5 姚远;低抖动宽调谐电荷泵锁相环的研究与设计[D];上海交通大学;2009年
6 徐栋;一种改进型快速入锁电荷泵锁相环的设计[D];苏州大学;2013年
7 邬翔宇;应用于时钟产生的低功耗电荷泵锁相环研究和设计[D];华中科技大学;2013年
8 李瑞嵘;一种用于时钟恢复电路的高速电荷泵锁相环设计[D];华中科技大学;2010年
9 张延飞;基于65nm工艺下的电荷泵锁相环的设计[D];国防科学技术大学;2011年
10 巫磊;低噪声电荷泵锁相环分析与设计[D];华中科技大学;2011年
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