低功耗、宽锁定范围、大分频比注入锁定分频器的研究

摘要

在锁相环（phase-locked loops，PLLs）型频率合成器中，分频功能是由预分频器和数字吞咽计数器共同完成。预分频器作为PLLs中工作于最高频率的单元，其电路优化对系统性能的提升有着重大意义。其中，注入锁定分频器（injection-locked frequency divider, ILFD）以其结构简单、工作频率高、噪声低、功耗低等优异特性，已逐渐成为高频应用下的研究热点。但其非线性和频率变换等特性决定，注入锁定模型都过于复杂，无法直接有效地指导ILFD电路的优化设计；由于对环路品质因数、带宽等参数的不同要求，设计中很难同时兼顾ILFD锁定范围、功耗和分频比等关键性能指标。
　　本文首先对注入锁定现象的本质进行了全新分析及推导。基于此，深入探究注入锁定分频器电路的工作原理。结合现有的理论模型和电路拓扑架构，全面分析其结构特点，掌握各参数之间的相互作用机制。
　　其次，依据理论研究成果，本文以扩大锁定范围、实现低功耗和大分频比为目标，采用直接注入 LC-ILFD基本结构，加入电流复用、衬底偏置、双端注入及谐波增强单元，设计出符合要求的注入锁定分频器。
　　最后，采用Chartered0.18μm2P5M RF CMOS工艺完成2次MPW流片，经过对各次加工完成芯片的测试，进一步验证了设计和理论。结果表明，本文中所设计的3款注入锁定分频器在兼顾功耗的同时，均能实现多模数分频功能，且每种分频模式下都有较宽的锁定范围。

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第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 ILFD的研究现状和发展趋势

1.3本文主要工作及论文结构

第二章 频率牵引及注入锁定

2.1 本章概述

2.2 频率牵引效应

2.3 注入锁定技术

第三章 注入锁定分频器基础

3.1 本章概述

3.2 注入锁定分频器的基本原理

3.3 注入锁定分频器的主要性能指标

3.4 ILFD的理论模型

3.5 注入锁定分频器的分类

第四章 宽锁定范围、低功耗、多模分频ILFD的电路设计

4.1 本章概述

4.2 宽锁定范围、低功耗2/3分频ILFD

4.3 宽锁定范围2/3/4/5分频ILFD

4.4 输出级缓冲器的设计

第五章 芯片测试及分析

5.1 芯片测试

5.2 测试结果及分析

第六章 总结和展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢