基于0.18μmCMOS工艺低功耗电荷泵锁相环电路设计

摘要

锁相环电路是一种能够将输入基准频率与输出反馈频率进行比较的反馈系统，能够输出稳定的基频信号，它能够广泛应用于同步数字系统和通信系统的调制解调电路中。如产生卫星导航接收机前端的本振信号。无线通讯模块采用电荷泵锁相环作为基频信号时，中心频率一般可达到1GHz及以上，由于在高频环境下随着频率增加，系统动态功耗也增大，因此高频情况下实现低功耗成为当前研究热点。
　　采用0.18μmCMOS工艺，利用Cadence软件设计了一种低功耗电荷泵锁相环。该锁相环包括鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器、压控振荡器、分频器五个子模块。鉴频鉴相器采用了三态结构的D触发器，通过调整延迟单元的时间，使得鉴相的死区问题得到解决。通过改进型电荷泵电路，使得电荷共享效应和电流失配问题得到有效抑制，同时MOS管数量与传统带运放电荷泵电路相比减小近一半，降低了电路功耗和版图面积。电荷泵锁相环整体仿真表明:电源电压1.8V，电荷泵锁相环中心频率为1GHz，输出频率范围为908MHz～1.142GH，在输入基准频率为100MHz时，锁定时间为6.019μs，输出电压波动为29.97mV，功耗为5.7mW，整体版图面积为0.065mm2，并通过了DRC和LVS验证。

目录

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的目的和意义

1．2 国内外同类课题研究现状及发展趋势

1．3 本论文主要研究内容

第2章 电荷泵锁相环的工作原理与特性分析

2．1 锁相环概述

2．2 电荷泵锁相环工作原理

2．2．1 鉴频鉴相器工作原理

2．2．2 电荷泵电路的工作原理

2．2．3 环路滤波器的工作原理

2．2．4 压控振荡器电路的工作原理

2．2．5 分频器电路的工作原理

2．3 电荷泵锁相环的线性模型分析

2．4 电荷泵锁相环噪声分析

2．4．1 相位噪声分析

2．4．2 抖动分析

2．4．3 相位噪声与抖动的关系

2．5 电荷泵锁相环系统中的噪声

2．6 本章小结

第3章 电荷泵锁相环电路设计与仿真

3．1 无死区鉴频鉴相器电路设计与仿真

3．1．1 鉴频鉴相器中的非理想因素

3．1．2 无死区鉴频鉴相器电路设计

3．1．3 无死区鉴频鉴相器电路仿真

3．2 改进型电荷泵电路设计与仿真

3．2．1 电荷泵中的非理想因素

3．2．2 改进型电荷泵电路设计

3．2．3 改进型电荷泵电路仿真

3．3 环路滤波器电路设计

3．4 环形压控振荡器电路设计与仿真

3．4．1 环形压控振荡器的性能指标

3．4．2 环形压控振荡器电路设计

3．4．3 压控振荡器电路仿真

3．5 分频器电路设计与仿真

3．5．1 分频器电路设计

3．5．2 分频器电路仿真

3．6 电荷泵锁相环电路整体仿真

3．7 本章小结

第4章 电荷泵锁相环电路版图设计与验证

4．1 模拟IC版图设计简述

4．1．1 版图设计的三个问题

4．1．2 版图设计规则与流程

4．1．3 匹配技术

4．1．4 版图中的闩锁效应与天线效应

4．1．5 版图中的干扰与噪声

4．2 电荷泵锁相环电路版图设计

4．3 电荷泵锁相环电路版图验证

4．4 本章小结

结论

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表论文

声明