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UHF频段无线接收BiCMOS芯片的锁相环电路实现

陶永刚  
【摘要】:随着通信技术的发展,UHF频段(290MHz-500MHz)的ASK接收芯片目前广泛应用于家庭保安、自动化控制系统、汽车门禁系统等领域。锁相环作为该芯片中的核心部分具有非常重大的研究意义。因此,本文从应用于UHF频段(290MHz-500MHz)的ASK接收芯片中的锁相环研究为出发点,根据ASK接收机对锁相环频率综合器的性能要求,进行了Simulink建模分析,并设计了鉴频鉴相器、电荷泵、压控振荡器以及分频器等模块电路。 在广泛文献调研的基础上,本文进行了如下独创性的工作: 1) 本文设计了基本消除“死区”的鉴频鉴相器与电荷泵电路。其中,在D触发器的设计上,通过将置位电路与锁存电路共用一个电流源的方法,在功耗上有了很大的改善;同时,用MOS有源负载替换原来的电阻大大减小了芯片的面积。 2) 在分频器的设计上,通过改进第一级二分频单元的结构,改善了分频器的速度、频率特性。此外,采用层叠结构的四分频电路,减小了整个分频器电路的功耗。 3) 在压控振荡器的设计中,对变容二极管进行了VerilogA建模,并成功地利用该模型对压控振荡器进行了Spectre仿真。 4) 利用Cadence的Spectre软件进行了整体电路的仿真,并根据模数混合电路的特点对整个锁相环电路进行了版图设计。整个芯片采用了AMS的0.8um的2P2M Mixed-Signal BiCMOS工艺进行流片。 最后,通过对ASK接收芯片的测试表明,本文设计的锁相环电路锁定在434MHz时的功耗达到2.3mA(电源电压为5V),相位噪声为-98dBc/Hz@100kHz,完全符合UHF频段(290MHz-500MHz)的ASK接收芯片的要求。


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