锁相环频率合成器中环路滤波器的设计与研究

摘要

随着3G网络在中国的正式运营，无线通信的应用领域不断扩张，市场对收发机的需求也越来越高。无线通信收发机中一个很重要的模块便是频率合成器，它通过产生一系列与参考信号具有同样精度和稳定度的离散信号，为频率转换提供基准的本地振荡信号。所以，频率合成器设计的优劣直接影响到无线通信收发机的性能。
　　 环路滤波器（LF）是锁相环（PLL）的重要组成部分，它连接在鉴相器（PD）和压控振荡器（VCO）之间，锁相环的基本频率特性很大程度由环路滤波器（LF）来决定的。在PLL频率合成器的设计中，为了获得稳定的VCO调谐电压，环路滤波器起到了维持环路稳定性、控制环路带内外噪声、抑制参考边带杂散干扰等重要作用，是PLL频率合成器的设计的关键。
　　 本文采用系统级仿真方法，鉴相器和电荷泵用压控电流源进行系统级描述，压控振荡器等效为一个积分器数学模型，而环路滤波器（LF）采用具体的电路结构实现，主要从无源滤波器、有源滤波器和带电荷泵的滤波器三个方面进行了阐述，并结合ADS进行了环路仿真、瞬态仿真及相位噪声仿真。在无源滤波器方面，由常见的RC滤波器引入滞后超前滤波器，从环路的稳定性、锁相时间以及相位噪声等指标出发给出了设计思路；在有源滤波器方面，介绍了二阶有源滤波器和三阶有源滤波器的设计思路，从增益平坦度与衰减量两个参数分析了有源滤波器的设计方法，并从锁相时间以及相位噪声比较了有源滤波器和无源滤波器的优缺点；最后介绍了带电荷泵的滤波器，给出了常见的带电荷泵的二阶滤波器和三阶滤波器的设计思路，从锁相时间和锁相频率范围与普通滤波器进行了比较。对实际设计PLL给出了实用性的结论。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 课题的背景和意义

1.2 研究现状

1.3 论文的主要内容及章节安排

第二章 PLL工作原理及传输特性

2.1 PLL电路的基本工作原理

2.1.1 PLL电路的基本组成

2.1.2 PLL电路的跟踪与捕获

2.1.3 PLL电路的应用与频率合成

2.2 PLL电路的传输特性

2.2.1 PLL电路传输特性的理解

2.2.2 环路滤波器的特性与PLL电路组合的特性

2.3 PLL电路的相位噪声

2.4 本章小结

第三章 PLL中无源环路滤波器的设计与研究

3.1 普通RC低通滤波器

3.1.1 RC低通滤波器的幅度/相位—频率特性

3.1.2 使用RC低通滤波器时的环路特性

3.2 滞后超前滤波器

3.2.1 滞后超前滤波器的幅度/相位—频率特性

3.2.2 使用滞后超前滤波器时的环路特性

3.2.3 增益平坦度和衰减量对环路特性的影响

3.3 频率合成器中无源环路滤波器的设计及ADS优化仿真

3.4 本章小结

第四章 PLL中有源环路滤波器的设计与研究

4.1 二阶有源环路滤波器

4.1.1 二阶有源环路滤波器的幅度/相位—频率特性

4.1.2 增益平坦度和衰减量对环路特性的影响

4.2 三阶有源环路滤波器

4.2.1 三阶有源环路滤波器的幅度/相位—频率特性

4.2.2 三阶有源环路滤波器的环路特性

4.3 有源环路滤波器和无源环路滤波器的比较

4.4 本章小结

第五章 带有电荷泵的环路滤波器的设计

5.1 鉴频鉴相器和电荷泵

5.2 带有电荷泵的滤波器的设计

5.3 带有电荷泵的滤波器与有源环路滤波器的比较

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致 谢