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《安徽大学》 2012年
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TD-SCDMA分频器的研究与设计

潘灏  
【摘要】:随着3G的到来,通信系统及通信行业产生了很大变化,TD-SCDMA作为3G标准之一已经开始应用。手机终端中的射频芯片是TD发展的一项重要瓶颈。本文首先分析了射频芯片中重要模块收发信机的结构,通过对含中频收发信机与零中频的收发信机的比较,确定使用零中频收发信机结构,并对收发信机的主要参数进行了分析。 分析了锁相环原理,以及基于锁相环的频率合成原理。通过负反馈上分频器结构变化,产生不同的分频方式。分别研究了固定整数频率合成器、含双模分频器的频率合成器,以及含小数分频的频率合成器,分析了鉴相器、VCO、分频器对频率合成器整体性能的影响,并利用Matlab对TD-SCDMA锁相单环频率合成器进行了系统仿真。 分析了LC振荡器的主要性能参数和基本原理,并考虑了MOS管寄生参数对振荡器的影响。总结了VCO的设计方法,选择了互补型交叉耦合的LC振荡器结构,并对MOS管尺寸以及片外谐振网络的电容和电感进行了设计,通过Cadence公司的模拟电路仿真软件Spectre进行仿真验证。 介绍了鉴相鉴频器的工作原理和主要性能指标,给出了常用的几种PFD结构,包括预充电式、普通边沿触发式、TSPC动态结构和差分型边沿触发PFD。重点讨论了SCL结构的反相器和锁存器的特点和设计方法,它的优点是噪声低、增益大和转换速率高,非常适合于射频集成电路。 针对低功耗射频小数分频器结构进行重点分析,主要功耗和相位噪声来自于高频部分。分析分频器类型,综合考虑低功耗,功能设计等多方面因素,不再选取传统的数字逻辑结构双模分频器,而是改用更为先进的相位转换型双模分频器。分析相位转换器通过各路信号相位切换的方法将N/N+1双模切换移至较低工作频率,从而降低功耗。同时提出相位转换器在工作中会产生陷落毛刺的问题,如不能有效控制将影响电路功能。通过具体分析陷落毛刺产生的原因是由于各路信号相位失配所造成,两路切换信号没有找到合适的切换点。针对这种情况,提出了增加一个相位转换模块,由后一路信号上升沿驱动相位切换模块,在不增加太多设计和功耗的情况下较好地解决了该问题。通过对分频器相位噪声和功耗的分析,分频器相位噪声和功耗主要来自于第一级射频固定二分频器,确定该模块设计是降低功耗的关键。提出将注入锁定原理应用在固定二分频器上的可能性,将固定二分频器视为环形振荡器,通过合理设置该振荡器自由振荡频率,达到信号最大摆幅,通过信号振荡的方式降低功耗。采用CML结构电路设计模拟射频电路,分析CML电路低功耗,抗干扰特性,适合射频电路设计。设计射频固定二分频器,相位切换器,异步分频链,MASH型Delta-Sigma小数调制器,输出Buffer。分频器中部分模块工作在GHz以上,整个分频器可以实现5.056-5.750小数分频。
【学位授予单位】:安徽大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TN929.533;TN772

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