用于CMOS图像传感器内时钟发生器的锁相环设计

摘要

近年来，随着智能手机、平板电脑、网络摄像、安防监控和汽车电子市场的蓬勃发展，CMOS图像传感器凭借其低成本、低功耗、高集成度的优势得到了大量应用。由于电荷泵锁相环具有捕获范围大，捕获时间短，线性范围大，稳定性高，功耗小等优点，以电荷泵锁相环为基础的片内时钟发生器成为CMOS图像传感器不可缺少的模块。
　　本文采用自顶向下的设计方法，围绕电荷泵锁相环的理论模型和应用环境，依据台积电90nm CMOS工艺参数进行了深入的研究和设计。在分析系统线性模型的基础上，建立起电荷泵锁相环的AC模型和行为级模型，然后对各个模块的指标参数进行解析和优化，最后完成压控振荡器、鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器和分频器的电路实现。
　　本文设计的压控振荡器采用负阻延时单元，振荡频率较高，线性度较好。带电荷泵的鉴频鉴相器消除了死区和电荷再分配效应。
　　整体仿真结果显示，本文设计的锁相环输出中心频率为960MHz，占空比为50％，调节范围为500MHz到1.2GHz。此外，该锁相环在电源电压从1.08V波动到1.32V，温度从-40℃变化到125℃以及各个工艺条件下的锁定时间均小于50us，而且锁定时VCO的控制电压只有不到1mV的纹波。电源电压1.2V时，功耗小于1mW。

目录

摘要

第一章 引言

1．1 锁相环的历史和发展现状

1．2 课题背景

1．3 论文组织结构

第二章 电荷泵锁相环的结构和模型

2．1 电荷泵锁相环整体概述

2．2 锁相环线性分析

2．3 锁相环AC模型

2．4 锁相环各模块行为级模型

第三章 压控振荡器设计

3．1 压控振荡器的类型和性能指标

3．2 环形压控振荡器的工作原理

3．3 延迟单元的设计

3．4 压控振荡器的电路及仿真

第四章 鉴频鉴相器和电荷泵设计

4．1 鉴频鉴相器和电荷泵的机理

4．2 带电荷泵的鉴频鉴相器的设计难点

4．3 鉴频鉴相器的电路及仿真

4．4 带电荷泵的鉴频鉴相器的电路及仿真

第五章 环路滤波器和分频器设计

5．1 环路滤波器的设计

5．2 分频器的电路及仿真

第六章 整体仿真及总结和展望

6．1 锁相环整体仿真

6．2 总结和展望

参考文献

附录

致谢

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