【摘 要】
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金属氧化物薄膜晶体管（metal oxide thin film transistor,MO TFT）以其柔性、透明、工艺简单和价格低廉等优点,为柔性电子电路发展提供了新思路。而电荷泵锁相环（charge pump phase locked loop,CPPLL）作为无线传输系统中重要的组成部分,常用于提供高频与稳定的时钟信号。但由于TFT器件更大的漏电流和较低的载流子迁移率会导致锁相环电路相位噪
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金属氧化物薄膜晶体管（metal oxide thin film transistor,MO TFT）以其柔性、透明、工艺简单和价格低廉等优点,为柔性电子电路发展提供了新思路。而电荷泵锁相环（charge pump phase locked loop,CPPLL）作为无线传输系统中重要的组成部分,常用于提供高频与稳定的时钟信号。但由于TFT器件更大的漏电流和较低的载流子迁移率会导致锁相环电路相位噪声性能恶化。对锁相环系统相位噪声性能的优化成为TFT集成电路设计的一个技术难点。针对上述问题本文在传统电荷泵锁相环电路的基础上结合噪声优化技术与系统稳定性分析设计了一款基于MO TFT的低相位噪声电荷泵锁相环芯片。其中提出了一款新的压控振荡器结构进一步降低了系统相位噪声以及一款高性能电荷泵电路结构改善了电流失配问题。本论文的主要工作及创新点包括:（1）深入地研究和分析电荷泵锁相环中子模块的噪声,推导各模块噪声传递函数,还将模块噪声与噪声传递函数结合起来理论分析不同模块的噪声对输出相位噪声的影响,对系统噪声进行优化设计。（2）在压控振荡器电路设计中,提出一种改进型的尾电流控制的差分结构延迟单元。差分结构的延迟单元大大降低了电源噪声,配合耦合电容后加快波形的转换速度,在提高振荡频率的同时进一步降低相位噪声。压控振荡器芯片测试结果表明电源电压为15V时,压控振荡器可实现111k Hz-171k Hz的调谐范围,功耗为1.5m W。当振荡频率为150k Hz,相位噪声为-74.5d Bc/Hz@340k Hz。（3）在电荷泵电路设计中,深入研究和分析电流失配、电荷分享、时钟馈通等非理想效应,提出新型伪PMOS电流源配合差分结构电荷泵电路。其中伪PMOS电流源结构通过有源负载降低输出端口电压波动对于输出电流的影响,配合电流镜进一步减少电流失配。同时增加电荷泄放通路极大地减小非理想因素造成的相位噪声。仿真结果表明电荷泵的失配电流约为0.24μA,占电荷泵充放电电流的3%。相位噪声性能表现为-127.3d Bc/Hz@1.2k Hz。本论文所设计的基于MO TFT的低相噪电荷泵锁相环芯片,CPPLL锁定时间小于750μs,输出频率2MHz,功耗为27m W,相位噪声为-62.3d Bc/Hz@121k Hz。因此,该CPPLL可为进一步研究高性能无线传输电路提供参考,并可应用于透明柔性传感器和中等速度要求的数字信号处理电路中。对于柔性电子无线传输系统的实现提供理论依据和参考价值。
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