移动数字电视接收前端的宽带低相噪锁相环芯片设计

摘要

无线通信技术和数字电视技术的迅速发展使得移动数字电视成为现代生活中常用的新型电视媒体。移动数字电视接收前端是移动数字电视接收机的重要模块之一，它的主要功能是将接收到的射频信号经过下变频到基带并进行信道选择，因此，为了保证下变频后信号的纯度，需要纯净、宽带可编程的本振信号。本振信号的产生一般由锁相环电路提供，故高性能的锁相环设计是接收前端很重要的一部分。本文的主要内容就是设计出一款应用于移动数字电视接收前端的锁相环芯片，该锁相环具有宽带可编程低相位噪声等特点。
　　本文根据移动数字接收前端对锁相环的性能要求，制订出锁相环的重要性能指标即相位噪声指标，同时选用了基于三阶MASH结构的调制小数分频电荷泵锁相环结构，这种结构具有频率切换速度快、精度高、相位噪声低等优点。在环路参数设计部分，通过对锁相环线性相位模型的传输函数分析，采用最大相位裕度法计算出环路滤波器的各元件参数。在环路噪声分析部分，对锁相环中各模块电路的噪声进行了数学建模，同时研究了其对总相位的噪声贡献，以分析和估算总相位噪声。接下来对锁相环部分模块进行电路设计，包括鉴频鉴相器、电荷泵和可编程分频器，其中通过采用复位延时的方法降低了鉴频鉴相器鉴相死区，采用共源共栅结电流镜结构降低了电荷泵失配度，通过采用新的检测置数逻辑提高了可编程分频器的工作频率。
　　最后本文采用了TSMC0.13μm CMOS工艺，通过Cadence软件对鉴频鉴相器、电荷泵、可编程分频器模块进行了电路设计及仿真，仿真结果验证了各电路模块的性能符合设计要求。另外对整个锁相环进行了瞬态仿真和相位噪声建模仿真，仿真结果为锁相环能够成功锁定，其相位噪声满足所设计的指标，同时结果表明锁相环具有宽带可编程低相噪特点。

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缩略语表

第一章 绪 论

1.1 研究意义及背景

1.2移动数字电视相关标准及接收前端简介

1.3 锁相环的发展历史以及研究现状

1.4 论文的主要工作和贡献

1.5 论文的组织结构

第二章 锁相环的结构及指标确定

2.1 锁相环概述

2.2 锁相环的重要性能指标介绍

2.3 移动数字电视接收前端的锁相环性能指标确定

2.4 移动数字电视接收前端的锁相环结构设计

第三章 锁相环的环路参数设计与环路噪声分析

3.1 锁相环的相位线性模型概述

3.2 锁相环的环路参数分析

3.3 环路滤波器各元件的参数设计

3.4环路噪声分析

3.5 MATHCAD仿真

第四章 锁相环中模块电路的设计

4.1 锁相环模块电路概述

4.2 鉴频鉴相器(PFD)的设计

4.3 电荷泵(CP)的设计

4.4 可编程分频器的设计

第五章 电路仿真

5.1 PFD的仿真

5.2 CP的仿真

5.3可编程分频器的仿真

5.4 PLL的仿真

第六章 总结与展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果