低噪声电荷泵锁相环电路设计理论与技术

摘要

锁相环发展迅速，应用广泛，使其成为当前模拟集成电路的核心技术之一。作为通讯系统应用最为广泛的一个模块，锁相环在高速处理器的时钟产生中有着广泛的应用。处理器这类大型的数字电路在其翻转过程中将产生严重的电源、衬底噪声，这些噪声及处理器本身固有的器件噪声会对锁相环的工作性能产生极大的影响。本文针对电荷泵锁相环结构，进行了深入的理论分析，从系统的角度分析了如何减少锁相环的噪声，建立了环路对锁相环各噪声源的传递函数，并据此确定了环路参数和系统结构，根据系统的响应速度、稳定性、对噪声的抑制能力等对系统参数如何确定展开了讨论。接下来优化各模块设计来减少锁相环的噪声，对鉴频鉴相器的死区、电荷泵电流匹配、电荷共享问题、片上集成螺旋电感都作了深入研究，并采用自顶向下的方法设计了一个低噪声CMOS电荷泵锁相环。根据给定的性能指标要求，完成了系统设计，电路设计直到版图设计，并最终由IC生产厂完成芯片制造。生成高速，稳定的时钟信号是本课题的目标。

目录

文摘

英文文摘

声明

致谢

序

1引言

1.1论文研究意义—国内外发展现状及本研究目的

1.2本文主要工作及其特点

2概论

2.1锁相环原理

2.2锁相环分类

2.3电荷泵锁相环的基本结构

2.3.1鉴频鉴相器

2.3.2电荷泵电路

2.3.3环路滤波器

2.3.4压控振荡器

2.3.5反馈分频器

2.4环路分析

3锁相系统建模与仿真

4锁相环低噪声设计

4.1基本噪声机制

4.2抖动的定义及影响

4.3时域中的抖动同频域中噪声之间的关系

4.4输入信号噪声分析

4.5 PFD/CP噪声分析及优化设计

4.6压控振荡器噪声分析与设计

5电感电容压控振荡器设计

5.1振荡器基本原理

5.2振荡器电路结构

5.3片上集成电感优化设计

5.4可变电容器设计

5.5结果讨论与优化

6片上集成电感优化设计

6.1集成电感结构分析

6.2集成电感优化方案

6.3自激振荡分析

6.4小结

7版图设计

7.1设计工艺

7.2版图设计

7.2.1噪声问题

7.2.2匹配问题

7.3小结

8结论

参考文献

附录A

作者简历