【摘 要】
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在无线通信电路中,无线信号要按照严格的特定频率传输。因此在射频收发机系统中,需要一种称为频率合成器的时钟生成电路,来产生纯净的时钟信号。通常我们选择间接合成,即锁相环系统实现。锁相环是通过分频器实现的负反馈回路和包含理想积分器的高增益前馈通路以实现利用参考时钟对振荡器分频后的频率和相位进行锁定。相位噪声是频率合成器锁相环最重要的性能指标,无论在射频还是数字时钟方面都需要具有低噪声和抖动的锁相环。本
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在无线通信电路中,无线信号要按照严格的特定频率传输。因此在射频收发机系统中,需要一种称为频率合成器的时钟生成电路,来产生纯净的时钟信号。通常我们选择间接合成,即锁相环系统实现。锁相环是通过分频器实现的负反馈回路和包含理想积分器的高增益前馈通路以实现利用参考时钟对振荡器分频后的频率和相位进行锁定。相位噪声是频率合成器锁相环最重要的性能指标,无论在射频还是数字时钟方面都需要具有低噪声和抖动的锁相环。本文在分析锁相环各模块工作原理及噪声特性的基础上,从低电流失配电荷泵、振荡器的相位噪声、及环路带宽等方面展开研究。首先设计了高速鉴频鉴相器与宽匹配范围、低失配电流电荷泵以实现较低的等效输出噪声电流,来降低环路带宽内噪声;接着设计了基于额外线性补偿模块的低噪声、高线性度的电感电容型压控振荡器以降低环路带宽外相位噪声,并通过高线性度的振荡器来稳定锁相环的环路带宽,使锁相环相位噪声功率谱密度的积分区间面积相对稳定,以维持较低的随机抖动。最后分析了锁相环的环路特性与各个模块的噪声传递函数,得出锁相环整体的相位噪声与抖动。本文采用TSMC40 nm工艺完成了锁相环各模块及版图的设计与仿真。后仿真结果表明,在参考频率40 MHz下,输出频率范围为3.39 GHz-4.20 GHz,4 GHz频率下1 MHz频偏处锁相环的相位噪声为-1 11.473 dBc/Hz,随机抖动（Randomjitter）为0.15 ps,确定性抖动（Deterministic Jitter）为7.41 ps,功耗为3.6 mW,面积为337×324 μm2,FoM值为-260.7 dB。
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