【摘 要】
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锁相环频率综合器是无线通信系统的关键模块,具有输出信号频谱纯净、功耗低和成本低等特点,广泛应用于无线收发系统中提供本振信号。随着全球定位系统的快速发展和智能便携终端的广泛普及,采用先进CMOS工艺制造的全集成收发机So C已经成为主流选择,并且正在向多模、低功耗、低抖动、低电压方向快速发展。本文基于22nm CMOS工艺,研究设计了一款在低电压工作下具有低功耗、低抖动特性的频率综合器。在系统设计方
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锁相环频率综合器是无线通信系统的关键模块,具有输出信号频谱纯净、功耗低和成本低等特点,广泛应用于无线收发系统中提供本振信号。随着全球定位系统的快速发展和智能便携终端的广泛普及,采用先进CMOS工艺制造的全集成收发机So C已经成为主流选择,并且正在向多模、低功耗、低抖动、低电压方向快速发展。本文基于22nm CMOS工艺,研究设计了一款在低电压工作下具有低功耗、低抖动特性的频率综合器。在系统设计方面,建立锁相环的S域线性时不变模型分析环路特性,根据锁相环频率综合器的主要性能指标要求,从二阶环路滤波器出发,分析了电荷泵锁相环环路,通过数学模型研究了环路稳定性,讨论了各模块的噪声传递特性以及整体相位噪声性能,并基于Matlab验证系统功能、优化环路参数和进行相位噪声拟合。在电路设计方面,为实现低功耗压控振荡器,提出一种具有直流偏移消除的摆幅检测电路,设计一个具有自动摆幅控制（Automatic Level Control,ALC）的LC振荡器,实现低功耗下的稳定起振和数字方式控制摆幅,有效避免模拟控制环路的稳定性问题。为了降低频率切换过程中锁相环环路性能的变化,设计一种应用于不同场景的可编程高性能电荷泵,实现多档位电流可调,包含电流失配运放和电荷共享运放,降低电荷泵的失配。针对低功耗低抖动的设计需求,完成鉴频鉴相器、分频器以及环路滤波器的设计。芯片测试结果表明:输入参考频率26MHz下,频率综合器的频率谐调范围为1.95-3.72GHz,在0.95V电源电压下功耗为2.6m W,参考杂散为-75.4d Bc。当输出频率为3.1GHz时,[100Hz 100MHz]积分区域内抖动均方值为1.13ps,对应的FOMjitter值为-235d B,达到了电路设计目标。
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