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高速低功耗CMOS电荷泵锁相环的技术研究

赵新强  
【摘要】: 近几年无线通信技术的飞速发展推动了低成本、低功耗CMOS无线收发器的研究和开发,尽管CMOS工艺技术的不断进步,使得无线收发器中的大部分单元电路都能够单片实现,但是高速、低功耗RF CMOS PLL的设计仍然还是一个难点。通过对锁相环原理进行深入的分析和研究,本论文针对CDMA无线通信标准,设计出了高速低功耗三阶电流型电荷泵锁相环。 论文的主要贡献为以下几个方面: 1.针对传统鉴频鉴相器速度慢、功耗高的缺点,改进了单相时钟动态D触发器的结构,设计出了一种高速低功耗的鉴频鉴相器,在反馈回路上加入延迟单元,能有效的消除鉴相死区。 2.针对传统电荷泵中存在电荷泄漏和电荷共享现象,设计出了一种采用电流控制技术的新型电荷泵,电路中巧妙地运用了一个简单的正反馈,以加快开关速度,仿真结果表明,所设计的电荷泵能有效的抑制了电荷泄漏和电荷共享现象。 3.由于LC压控振荡器中的PN结变容管品质因数低、调谐范围小,本次设计的LC压控振荡器采用了强反型MOS变容管,仿真结果表明,所设计的LC压控振荡器具有15%调谐范围。 4.由于三阶电荷泵锁相环系统的不稳定性,在系统级的设计上采用环路优化设计方法确定带宽和相位裕度,使环路带宽总在相位裕度最大处,从而保证了系统的稳定性。 5.根据TSMC 0.35μm SiGe BiCMOS工艺模型,利用Cadence Spectre模拟软件对所设计的电荷泵锁相环路中各个模块及整个系统进行了模拟仿真,模拟结果显示,在1.5V电源电压下,频率为200MHz的参考输入信号,输出中心频率为800MHZ,分频电路采用4分频,环路带宽为10MHz,捕获时间大约为0.92μs,功耗大约为15mW,达到了设计指标。


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