高性能电荷泵的锁相环电路

为满足锁相环电路高稳定性、低功耗的要求,提高其整体性能,通过对普通型电荷泵锁相环电路模块的改进,设计了一种高性能差分型电荷泵锁相环。该电路包括鉴频鉴相器、分频器、差分电荷泵和压控振荡器的电路结构。仿真结果表明：该差分型电荷泵锁相环的锁定时间为10μs、频率抖动为0.0002MHz、周期抖动为2 ps,与普通型电荷泵锁相环相比,可达到快锁低抖的目的。     

电荷泵对小数分频锁相环相位噪声的影响

与整数分频电荷泵锁相环不同,小数分频电荷泵锁相环中电荷泵对锁相环的性能有更大的影响,电荷泵的各种非理想因素将降低PLL输出相位噪声和杂散的性能.重点分析了电荷泵两种非理想因素对小数分频锁相环相位噪声和杂散的影响:非线性和电流失调.此外还分析了电荷泵电流源噪声对小数分频锁相环的影响,分析结果为优化电荷泵的电路设计提供理论依据.     

锁相环高性能电荷泵电路的设计

设计了一种新型电荷泵电路,该电路采用了差分反相器,可工作在2 V的低电压下,具有速度快、波形平滑、结构简单、功耗低等特点.HSpice仿真结果显示,电荷泵的工作频率为10 MHz时,功耗仅为0.1 mW,输出信号的电压范围宽(0~2 V).该电路可广泛应用于差分低功耗锁相环电路中.     

一种应用于射频接收机的电流舵电荷泵设计

电荷泵锁相环(charge pump phase-locked loop, CPPLL)作为频率合成器(frequency synthesizer, FS),广泛应用于接收机中来提供低杂散、低噪声、高频谱纯度的本振(local oscillator, LO)信号。电荷泵(charge pump, CP)作为关键模块之一,其存在的非理想效应以及失配会带来更高相位噪声影响锁相环(phase-locked loop, PLL)频率综合器输出本振的频谱纯度。基于台积电(Taiwan semiconductor manufacturing company,TSMC ) 0.18 μm CMOS工艺,采用电流舵电荷泵结构并加入泄漏电流模块设计了一款低电流失配率、低相位噪声的电荷泵电路,较好地克服了传统电荷泵所存在的非理想效应,使整个电荷泵电路的相位噪声保持在较低的水平。利用Cadence Spectre对电荷泵的整体性能进行仿真。仿真结果表明,供电电压为1.8 V时,电荷泵电流为31.71 μA,最大相位噪声为-230 dBc/Hz,在0.4~1.4 V输出电压范围内最大电流失配率仅有0.22%。     

通信系统中差分型电荷泵锁相环

高性能的锁相环芯片,是当今通信领域研究的一个重点.通过改进普通型电荷泵锁相环电路模块,设计出一种带有共源共栅电流源的差分型电荷泵锁相环,使之有效地控制时钟馈通、电流不匹配、电荷注入和电荷共享等非理想效应,保证电荷泵的充放电速度更快、抖动更低.仿真结果表明,该设计实现了快锁低抖特性.     

通信系统中小型化频率合成器设计

文章针对通信接收机小型化的要求提出了一种接收机频率源的设计思路,采用TSMC 0.18μm 1P6M混合信号工艺设计锁相环(phase locked loop,PLL)电路结构,设计了一种具有快速锁定时间、较宽频率调谐范围、低相位噪声的电荷泵锁相环(charge pump phase locked loop,CPPLL)。使用Cadence Spectre对电路进行仿真,电路整体具有在输入参考频率23～600 MHz之间产生1.92～2.62 GHz的时钟信号功能。在中心频率2.3 GHz、偏移载波频率10 MHz的情况下,敏感单元环形压控振荡器的相位噪声为-112.9 dBc/Hz。进行版图设计后,对电路进行验证,设计出小型化频率合成器芯片。     

一种改进型高性能CMOS锁相环电荷泵的设计

设计了一种高性能锁相环电荷泵电路.该电路采用UMC 0.18μm Mix-Mode CMOS工艺实现.仿真结果表明,通过利用电荷共享加速电流镜的开启,该电荷泵开启时间仅为0.3 ns,不会产生鉴相死区,能较好地抑制时钟馈通、电荷注入等非理想特性的影响,并且适合于低电压工作.通过与传统型及参考型两种电荷泵电路的仿真对比,验证了所设计电荷泵的优越性.     

恒定、匹配的大电流输出电荷泵电路

用TSMC 0.18μm CMOS工艺设计了一种应用于5 GHz锁相环型频率合成器中的电荷泵电路.该电路运用单位增益运放电路和自偏置共源共栅电流源电路实现了充放电流的高度匹配.充分利用单位增益运放电路减小电荷泵输出端的电荷共享现象,使电荷泵电路结构较简单并减小了功耗.Spectre后仿真表明,在电源1.8 V、输出电压0.5-1.3 V,充放电流失配率小于0.8%,电流绝对值偏移率小于0.6%,最大功耗8.53 mW.     

锁相环中的新型电荷泵电路

分析了锁相环中电荷泵产生的误差,提出了一种新型的电路,这种新型电荷泵能消除过冲注入电流,其误差特性远优于传统的电荷泵.通过SPICE仿真对两种电荷泵进行了比较.     

快速锁定的宽频带CMOS锁相环设计

设计了一种可快速锁定的宽频带CMOS电荷泵锁相环电路.通过增加一个自适应带宽控制模块,当锁相环处于捕捉状态时,增加环路带宽实现快速锁定;锁相环接近锁定状态时,减小带宽,保证环路的稳定性和减小杂散.同时还设计了能工作在宽频率范围的压控振荡器.该锁相环基于0.25μm CMOS工艺,供电电压为2.5V时,工作范围在960～2 560MHz,功耗为8.9～23.2mW,锁定时间小于12μs.     

一种用于锁相环的正反馈互补型电荷泵电路

给出了一种新型的互补型电荷泵电路．采用正反馈技术,电路由CSMC1．2μm CMOS工艺实现,可工作在2V的低电压下．Spectre仿真结果显示,电荷泵的工作频率为100MHz时,功耗为0．08mW,输出信号的电压范围宽(0～2V),电路速度快,波形平滑,抖动小,在不增加电路功耗的前提下消除了传统电荷泵电路的电压跳变现象．该电荷泵电路可以很好地应用于低电源电压、高频锁相环电路．     

三阶电荷泵锁相环的改进型事件驱动模型

在分析电荷泵锁相环结构和原理的基础上,采用符号函数sign()来描述状态变化,建立一个输入参考频率为50 MHz,输出频率为900 MHz的三阶电荷泵锁相环的事件驱动模型,通过设定模型中的参数,应用Matlab对模型进行仿真.结果表明:当输入频率为50 MHz时,此三阶电荷泵锁相环完全能够锁定,并且在锁定时,输出频率为900 MHz,达到设计目的,并且该事件驱动模型大大提高了效率.     

锁相环中低电流失配电荷泵的设计

提出了一种应用于低供电电压低相位噪声锁相环系统的低电流失配的电荷泵电路。仿真结果表明,输出电压0．4V～1．3V范围内。电荷泵上下电流失配小于1％,满足低供电电压锁相环系统对电荷泵的要求。电路采用中芯国际0．18μm标准数字工艺参数仿真。     

Δ-Σ频率合成器带外量化噪声抑制技术

基于对电荷泵电流不匹配引起的高阶Δ-Σ调制器（DSM）量化噪声建模,提出一种改进型小数分频频率合成器（Frac-N）模型,即：在传统小数分频频率合成器的反馈支路上嵌入一个不含分频器的宽频带锁相环（PLL）构成的噪声滤除器（NF）。另外,为了减小鉴频鉴相器（PFD）输入端相位误差,设计了一个线性度能达到89%的电荷泵。该频率合成器采用0.18μm CMOS电路实现,仿真结果表明采用该噪声滤除技术可以对高阶DSM产生的带外量化噪声进行有效抑制。     

一种应用于FPGA时钟管理单元的锁相环设计

设计了一种应用于FPGA时钟管理的可变带宽锁相环.该锁相环采用开关电容滤波器实现可变电阻滤波功能,用反比N电流镜(N为反馈分频系数)来为电荷泵提供偏置,使电荷泵电流与偏置电路电流成1/N的比例关系.本文还提出了用虚拟开关减少了开关两端电压的非理想电荷效应,并设计了一种5级延时单元组成的环形压控振荡器,显著提升了输出频率范围.该锁相环实现了环路带宽与输入频率比值固定,从而使环路带宽能够自动跟随输入频率在较宽范围内变化,保证了其稳定性.本文采用CMOS 65nm数字工艺流片,电源电压为1.2V,作为时钟管理单元IP核嵌入于复旦大学自主研发的FDP5FPGA芯片中.测试表明,本文设计的PLL环路带宽在0.7MHz到13.4MHz能够跟随输入频率在18~252MHz范围内变化,输入频率与环路带宽比值近似为20,产生762MHz~1.7GHz的宽范围输出时钟,阻尼因子均方差不超过8%.     

电荷泵锁相环系统级功耗估计

功耗问题是制约集成电路设计的一个重要因素.分析了CMOS集成电路中功耗的来源,集成电路设计中功耗设计的目的,估算方法和功耗模型.研究模拟集成电路的特点和相应的功耗估计方法.针对采用环形振荡器的电荷泵锁相环,研究电荷泵锁相环的组成,各模块的工作原理及对功耗的贡献,提出了电荷泵锁相环系统级功耗估计模型.与实际测量结果相比,相对误差小于22%.该模型易于植入集成电路设计工具,可以对锁相环系统级设计提供功耗方面的参考,提高集成电路的设计质量.     

一种可用于高性能锁相环的CMOS电荷泵

文章提出了一种可用于高性能锁相环的CMOS电荷泵,电路采用电流舵技术来缩短切换时间,通过降低差分对管栅电压的变化速率,显著地减小了毛刺,使输出电流波形更平滑、输出电压谐波分量更低,该电路同时还消除了死区现象;最后用CMOS电荷泵与一种典型电荷泵作仿真结果对比,突出了CMOS电路的优点。     

一种高性能4阶电荷泵锁相环的设计

文章设计了一款完全集成的高性能4阶电荷泵锁相环.根据系统性能要求,该锁相环的环路滤波器选用3阶无源低通滤波,其他模块在典型结构的基础上采取了改进措施以获得高性能.首先,利用MATLAB进行系统建模,获得锁定时间和环路参数;然后给出了关键电路的结构以及前、后仿真的结果.在SMIC0.35μm 2P3M CMOS工艺条件下,该锁相环的正常工作范围为60～640 MHz,400 MHz时周期到周期抖动为96 ps,面积为0.38 mm2.内嵌本电路的一种DAC芯片已交付数据,成功参加MPW项目流片.     

千兆以太网物理层时钟产生/倍频单片集成电路设计

给出了一个基于TSMC 0.18 μm CMOS工艺设计的千兆以太网物理层时钟产生/倍频单片集成电路.芯片采用电荷泵结构的锁相环实现,包括环形压控振荡器、分频器、鉴频鉴相器、电荷泵和环路滤波器等模块,总面积为1.1 mm×0.8 mm.采用1.8 V单电源供电,测得在负载为50 Ω时电路的输出功率大于5 dBm.芯片在PCB板上键合实现锁相环路的闭环测试,测得锁定范围为130 MHz;当环路锁定在1 GHz时,振荡器输出信号的占空比为50.4%,rms抖动为5.4 ps,单边带相位噪声为-124 dBc/Hz@10 MHz.该电路适当调整可应用于千兆以太网IEEE802.3规范 1000BASE-X的物理层发信机设计.     

电荷泵锁相环电路设计及其性能

锁相技术广泛应用于通信中的各个领域.在分析电荷泵锁相环电路非理想效应的基础上,对鉴频鉴相器(PFD)、电荷泵(CP)、环路滤波器(LPF)、压控振荡器(VCO)、分频器模块(FDM)进行了优化设计.在进行系统级设计时,建立了相应的行为模型,通过Simulink仿真验证,整个系统基于CMOS工艺实现,符合设计要求,性能优良.