应用于无线通讯系统的高速分频器的研究

摘要

在无线通讯日新月异发展的今天，如何设计一种低功耗，低相位噪声的高速分频器已经成为通讯系统设计的一个重要的问题，本文在前人的基础上就这个问题作了一下比较系统地总结和研究。　　首先，总结了用于各种通讯系统的分频器结构及分类，并对它们各自的优缺点作了自己的论述。接着介绍了分频器中最重要的单元——二分频器，分析了几种二分频器的电路结构，重点分析了SCL型二分频器结构。从中选取了适用于WLAN通讯系统中的相位开关型分频器作为设计重点。　　因为相位噪声是衡量分频器性能的重要依据，接下来对噪声及相位噪声的基本概念和计算方法作了简单的介绍，并利用Perrott提出的频率综合器的噪声分析方法分析了分频器相位噪声对整个环路的相位噪声性能的影响，针对由于分频数过大导致无法直接仿真的问题提出了替代的等效模型，完成了分频器相位噪声的计算和仿真工作。然后根据相位开关型分频器的工作特点，提出了一些降低相位噪声的具体方法，并通过仿真进行验证。　　相位开关型分频器结构本身有几个缺点，其中之一就是在切换相位时会有毛刺产生，如何消除这些毛刺使分频器正常工作也是一项电路设计当中必须解决的一个问题。本文分析讨论了前人选用的几种消除毛刺技术，重点提出了自己使用的消除毛刺的方法，并与前面的方法进行比较。通过仿真验证了这种方法是有效的。　　本文的另一个工作重点是根据WLAN通讯系统的要求，完成了分频器电路的设计，在倍频VCO结构中实现整数分频的功能。整个设计采用了SMIC0.18umCMOS工艺实现，在设计中运用了前面提出的低相位噪声技术和毛刺消除技术，并考虑到高频领域的阻抗匹配及可测性方面的问题，完成了测试电路板的设计。　　最后，本文对所有的工作进行了总结，并对今后的工作方向和发展提出了自己的看法和建议。

目录

文摘

英文文摘

第一章引言

1.1技术背景

1.2分频器的简单介绍

1.3论文的主要工作

1.4论文的组织结构

第二章分频器结构分析

2.1分频器的基本结构

2.2预分频器的结构分类

2.2.1基于移位寄存器环的设计

2.2.2基于异步逻辑的设计

2.2.3相位开关型预分频器

2.3二分频器的实现方式

2.3.1再生型二分频器

2.3.2高速D触发器

2.3.3二分频器性能的比较

2.4 SCL型二分频电路的研究

2.5分频器结构选择

第三章分频器的噪声分析

3.1噪声基本概念

3.1.1噪声的计量方法

3.1.2器件噪声类型

3.2频率综合器的相位噪声模型

3.3分频器相位噪声的分析与仿真

3.3.1二分频器噪声分析

3.3.2数字分频器噪声分析

3.4降低分频器相位噪声的几种方法

第四章相位开关结构的设计

4.1相位开关型预分频器的工作原理

4.2初始相位的确定

4.3相位失配问题

4.4毛刺消除技术

第五章分频器设计实例

5.1预分频器的设计

5.2相位开关的设计

5.3数字分频器的设计

5.4相位噪声仿真结果

5.5版图设计

5.6测试电路设计

第六章结论和展望

6.1对本文工作的总结

6.2未来的研究方向

参考文献

附录A：分频器传输函数的计算

致谢

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