高速低噪聲電荷泵鎖相環(huán)設計.pdf

1、鎖相環(huán)在通信和微處理器等領域的應用十分廣泛，尤其是最近十年，隨著通信領域和處理器的迅猛發(fā)展，工作頻率已經(jīng)高達幾GHz(甚至幾十GHz)。從時域來看，時鐘周期越來越短，對時鐘的抖動要求越來越嚴格，從頻域來看，對相位噪聲要求變得更加苛刻。當鎖相環(huán)和大量的數(shù)字、模擬及射頻電路集成到同一芯片上時，其他電路尤其是數(shù)字電路產(chǎn)生的干擾信號，可能通過電源、襯底、甚至PCB板，惡化鎖相環(huán)的性能。這些使得低噪聲的鎖相環(huán)常常成為整個片上系統(tǒng)設計的關鍵部分。鑒

2、于電荷泵鎖相環(huán)具有易集成、低功耗、低抖動、捕獲范圍寬的特點，本論文主要研究此結構鎖相環(huán)，為CMOS圖像傳感器提供800MHz的內(nèi)部時鐘。 論文首先介紹了鎖相環(huán)的組成結構和工作原理，研究了目前被廣泛應用的電荷泵鎖相環(huán)技術，并給出了系統(tǒng)的小信號模型，討論了各功能模塊的性能以及參數(shù)對系統(tǒng)工作速度和噪聲特性的影響。尤其對鑒頻鑒相器、電荷泵各種結構面臨的優(yōu)缺點，環(huán)形VCO延遲單元結構的優(yōu)劣及分頻器中D觸發(fā)器結構的特點都作了詳細地分析。在深

3、入分析的基礎上，設計了一種應用于CMOS圖像傳感器的鎖相環(huán)時鐘倍頻電路。采用SMIC0.18μm、1.8V標準CMOS工藝模型，用Spectre工具仿真結果表明，該鎖相環(huán)可以穩(wěn)定輸出800MHz，穩(wěn)定時間小于10μs，功耗小于18mW，噪聲小于100mV，滿足設計要求。 本文的一個創(chuàng)新點是：在系統(tǒng)設計上，通過編程控制電荷泵電流和分頻器的分頻系數(shù)，使環(huán)路的帶寬得到優(yōu)化。在電路設計上，采用無死區(qū)鑒頻鑒相器加快了鎖定速度，采用高匹配c