应用于可外同步DC-DC变换器的锁相环的设计

摘要

随着电子系统的发展和进步，应用需求增多促使互联网，物联网和信息安全密码系统大力发展。各种不同功能的芯片被集成在一个系统中，其对电源要求各不相同，为了减少相互之间的影响，增加系统的稳定性，就要求电源芯片能够有更强的兼容性。本文针对以上问题，利用了锁相环技术来外同步DC-DC变换器的时钟频率，并且设计实现一种应用于可外同步DC-DC变换器的电荷泵锁相环电路。
　　本文首先介绍了研究的背景和意义，指出了电源管理芯片市场情况和发展趋势。介绍了电源管理芯片中DC-DC变换器的开关频率对其性能的影响，并且给出了利用锁相环技术的可外同步变换器的优势。同时还介绍了锁相环电路的结构和相关指标，分析了两类锁相环的动态特性。然后分别给出了本文电荷泵锁相环的具体实现电路，对电荷泵电路进行了优化设计，加入基准源保证了电荷泵的充电和放电电流的稳定性，并且基准源还能为后续的电路提供偏置电流和比较的基准阈值电压。设计了具体的压控振荡器电路，其增益可以随着外同步频率而改变，减小了系统的锁定时间。并且其控制电压被限定在指定范围内。最后基于TSMC0.18um CMOS的工艺模型，利用Candence软件进行了具体电路图的绘制并且利用Hspice软件对各个子电路和整体电路进行了仿真验证。仿真结果表明，在3V的电源电压供电情况下，本文的电荷泵锁相可以在TT，SS，FF三个工艺角下和-20℃到120℃温度范围内同步频率为500KHz到2MHz的外部时钟，锁定时间最大为68us最小为27us，功耗小于223.8uW。并且系统能够在压控振荡器的控制电压在0.68V到1.14V之外时屏蔽外部时钟。电路的指标都满足预期，在DC-DC变换器等应用中有很高的实用价值。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．3 论文研究内容和主要章节安排

第2章 锁相环的基本原理

2．1 锁相环的基本结构和组成部分

2．2 鉴相器

2．2．1 异或鉴相器

2．2．2 JK触发器鉴相器

2．2．3 鉴频鉴相器

2．3 电荷泵

2．4 环路滤波器

2．4．1 RC积分滤波器

2．4．2 无源比例积分器

2．4．3 有源超前滞后滤波器

2．5 压控振荡器

2．5．1 振荡器的原理

2．5．2 电感电容振荡器

2．5．3 环形振荡器原理

2．5．4 压控振荡器的数学模型

2．6 电荷泵锁相环的动态特性

2．6．1 采用RC积分滤波器的锁相环

2．6．1 采用无源比例积分器的锁相环

2．7 本章小结

第3章 电荷泵锁相环子电路的设计与仿真

3．1 系统整体结构

3．2 PFD设计与仿真

3．2．1 PFD具体电路的实现

3．2．2 PFD的仿真

3．3 电荷泵的设计与仿真

3．3．1 电荷泵电路的实现

3．3．2 电荷泵基准电流的产生电路

3．3．3 电荷泵整体电路的仿真

3．4 压控振荡器的设计与仿真

3．4．1 压控振荡器电路实现

3．4．2 压控荡器电路仿真

3．5 本章小结

第4章 电荷泵锁相环整体系统分析与仿真

4．1 整体电路稳定性的分析

4．2 整体电路的仿真

4．3 性能对比

4．4 本章小节

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文