【摘 要】
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本文面向5G通信系统中的高速应用,基于电荷泵锁相环结构设计了频率覆盖范围为1GHz-8GHz的全集成∑-（?）小数频率合成器。全频率范围由两个片内压控振荡器（VCO）覆盖,自动频率控制电路（AFC）自动选择VCO子频段,滤波器位于片外。论文从研究背景和意义出发,阐述了频率合成器的基本工作原理和性能指标,在此基础上确定了系统结构。分析了电荷泵锁相环（CPLL）的线性模型和相位噪声模型,在选用三阶无源
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本文面向5G通信系统中的高速应用,基于电荷泵锁相环结构设计了频率覆盖范围为1GHz-8GHz的全集成∑-（?）小数频率合成器。全频率范围由两个片内压控振荡器（VCO）覆盖,自动频率控制电路（AFC）自动选择VCO子频段,滤波器位于片外。论文从研究背景和意义出发,阐述了频率合成器的基本工作原理和性能指标,在此基础上确定了系统结构。分析了电荷泵锁相环（CPLL）的线性模型和相位噪声模型,在选用三阶无源滤波器的情况下,计算了各电路的相位传递函数,为CPLL的建模（包含抖动）做准备。本文依据CPLL的原理和线性化模型计算环路参数,并基于Verilog-A实现地锁相环模型对环路参数进行了分析评估和优化设计。在模块电路方面,文章详细论述了VCO电路的设计,包含VCO的参数选取、相噪优化以及版图绘制。论文最后给出了频率合成器版图绘制的细节以及环路测试方案和测试结果。该频率合成器使用0.18mm SiGe BiCMOS工艺设计,测试结果显示低频VCO频率覆盖3.88GHz-5.772GHz范围,高频VCO频率覆盖5.47GHz-7.75GHz范围,因此VCO频率总覆盖范围为3.88GHz-7.75GHz。由于VCO的输出缓冲设计含2分频和4分频选项,频率综合器的输出频率可覆盖1GHz-7.75GHz,完全适用于5G技术的sub-6G频段。测试结果表明参考频率为50MHz时频率合成器6GHz处的相噪为-114.5d Bc/Hz@1MHz,-87d Bc/Hz@10k Hz。
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