应用于全数字锁相环的动态器件匹配与低功耗鉴相技术

提出了应用于全数字锁相环的改进的动态器件匹配技术和低功耗鉴相技术.利用低功耗鉴相技术简化了传统的全数字锁相环的鉴相原理,发明出一种新型的数字鉴相器,降低了数字电路实现的复杂性,降低了功耗;同时,本文所述的应用于全数字锁相环的动态器件匹配技术,降低了电容的工艺偏差对锁相环输出调谐曲线的不利影响,优化了锁相环的性能.该全数字锁相环采用TSMC 0.13μm CMOS工艺进行设计,仿真结果表明,本文所述的低功耗鉴相器功能正确,可使全数字锁相环正确地锁定在2.4～5.2GHz,本文所述的基于改进算法的芯片中鉴相器部分具有传统架构鉴相器53.2%的功耗与66.5%的芯片面积.测试结果表明,动态器件匹配技术使振荡器的输出调谐曲线(本文指输出频率与DCO调制字码值的曲线关系)更加接近理想情况.     

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.     

雷达系统中基于VHDL的改进型全数字锁相环

介绍了锁相环的应用,工作原理及发展前景,对传统的锁相环进行改善,新的锁相环主要改善了传统锁相电路中鉴频鉴相范围低,计数器的模数范围变化窄,模数范围改变不灵活等缺点,并将其应用在雷达系统中,应用VHDL技术进行锁相环路各部件的仿真,从仿真结果可以明显的看出改善后的锁相环的优越性。     

一种快速锁定数控锁相环

提出了一种快速锁定数控锁相环结构.该锁相环具有频率捕获模式和相位捕获模式2种工作模式.在频率捕获模式,通过提出的一种新的算法,可以迅速缩小参考时钟和反馈时钟之间的频率差.在相位捕获模式,数控锁相环能够达到更精确的相位锁定.为了验证提出的数控锁相环结构和算法,该数控锁相环电路采用SMIC0.18μm logic1P6M CMOS工艺实现,面积为0.2mm2,频率范围为48~416MHz.实测结果表明,数控锁相环只需要2个参考时钟周期就锁定在376MHz.数控锁相环锁定后功耗为11.394mW,峰峰值抖动为92ps,周期抖动为14.49ps.     

应用于全数字锁相环的时间数字转换器设计

采用标准0.18 μm CMOS工艺,设计了一种应用于全数字锁相环中检测相位差大小的时间数字转换电路（TDC）.针对传统TDC电路的不足,通过加入上升沿检测电路,扩大计数器位宽,使得TDC电路不仅能完成时数转换的基本功能,而且提高了时数转换的准确性,扩大了测量范围.该设计完成了RTL级建模、仿真、综合及布局布线等整个流程.仿真结果表明,该TDC电路工作正常,在1.8V电源电压下,功耗为10 mW,能达到的分辨率约为0.3 ns,版图尺寸为255 μm×265 μm.     

一种新型结构的高速时钟数据恢复电路

针对高速(Gb/s)串行数据通信应用,提出了一种混合结构的高速时钟数据恢复电路.该电路结构结合鉴频器和半速率二进制鉴相器,实现了频率锁定环路和相位恢复环路的同时工作.电路采用1.8 V,0.18μmCMOS工艺流片验证,面积约0.5 mm2,测试结果显示在2 Gb/s伪随机数序列输入情况下,电路能正确恢复出时钟和数据,核心功耗约为53.6 mW,输出驱动电路功耗约64.5 mW,恢复出的时钟抖动峰峰值为45 ps,均方根抖动为9.636 ps.     

高阶锁相环非线性性能及其改善

用数值计算方法研究三阶锁相环的非线性性能及其改善途径，建立具有正弦鉴相特性的三阶锁相环的动态非线性微分方程，通过编制数值解程序，求出不同条件下的相轨迹和时间响应图，分析了电路参数和初始条件对三阶锁相环非线性性能的影响，并提出改善非线性性能的途径。     

应用于FPGA芯片时钟管理的锁相环设计实现

设计了一种嵌入于FPGA芯片的锁相环,实现了四相位时钟、倍频、半整数可编程分频、可调节相位输出功能,满足对于FPGA芯片时钟管理的要求.锁相环采用了自偏置结构,拓展了锁相环的工作范围,缩短了锁定时间,其阻尼系数以及环路带宽和工作频率的比值都仅由电容的比值决定,有效地减小了工艺、电压、温度等对电路的影响.锁相环采用0.18μm CMOS数字工艺,嵌入复旦大学自主研发的FPGA芯片FDP-Ⅱ,经过流片验证,实现了工作频率范围10~600 MHz,整体电路功耗仅为29 mW,锁定时间小于4μs,峰峰值抖动小于±145 ps.     

适用于4通道100 Gbps SerDes的两级架构正交12.5 GHz低功耗低抖动时钟发生器

为了缓解多通道SerDes中高频时钟信号在长距离传输中引入的噪声过大和功耗过高的问题,设计了一种应用于多通道的低功耗低抖动两级锁相环结构;同时为了进一步降低噪声性能,在第2级锁相环中设计了一种采样鉴相器。该设计将第1级LC振荡器锁相环产生的低频时钟信号（3.125 GHz）传输到各通道收发机后,将该信号作为第2级参考信号,再采用小面积的环形振荡器锁相环产生正交的高频时钟 (12.5 GHz),这种结构降低了高频时钟在片上长距离传输的距离,提高了收发机的时钟质量;此外该技术避免了使用高频缓冲器,降低了功耗。其中第2级锁相环通过无分频鉴相技术提高了第2级环振锁相环的噪声性能。该时钟发生器电路整体功耗为100 mW,第1级锁相环相位噪声拟合后为-115 dBc/Hz,第2级环形振荡器电路在1 MHz处相位噪声为-79 dBc/Hz,锁相环电路产生的时钟信号整体抖动为2.7 ps。正交时钟偏差在300 fs以内。相比传统时钟发生器,该设计性能有较大提高,功耗有明显降低,适合应用于100 Gbps SerDes中。     

一种应用于高速锁相环的宽锁定范围注入锁定分频器

针对传统的注入锁定分频器锁定范围较窄的问题,提出了一种用于毫米波锁相环的注入锁定分频器.基于55 nm CMOS工艺,设计了一种宽锁定范围的二分频注入锁定分频器.提出分布式差分注入的方式,增强注入电流与注入效率,采用高阶变压器作为谐振腔,在不使用调谐机制的条件下,有效增大了分频器的锁定范围.此外,还对传统buffer的结构进行改进,增强谐波抑制能力,保持了较宽的锁定范围.电路仿真结果表明,提出的分频器电路在0 dBm注入功率下可在22.8～36.3 GHz频段内完成二分频功能,达到45.7％的锁定范围,电路的功耗为3.54 mW(不含buffer).     

基于单片机的锁相程控频率合成技术应用于铷频标的研究

介绍了频率合成技术的基本原理及发展趋势,阐述了由单片机、定时计数器和集成锁相环组成的数字程控锁相电路,提出了基于单片机的锁相程控频率合成技术应用于铷频标的方案。通过对铷频标量子系统激励信号频率带宽的在线调节,消除调制带宽对铷原子频标稳定度的影响。     

可用于快速稳定PLL的低时钟抖动VCO设计

设计了一种基于电流控制逻辑（CSL）架构的650MHz环型压控振荡器(VCO),对传统的共源共栅结构偏置电路作了进一步的改善,加了一个电压增益较大的放大器构成有源负反馈以提高抗电源噪声的能力.同时也提出了一种阻尼因子控制电路结构,使该VCO可用于快速稳定的锁相环(PLL).该VCO采用和舰0.18μm双阱CMOS工艺仿真,在频率为20MHz、峰—峰值为200mV的高频电源噪声下,其峰-峰抖动和RMS抖动分别为22.649ps和7.793ps。该VCO输出频率为650MHz,占空比约为52%,增益(Kvco)为925.88MHz/V,线性度良好,在1.8V的直流电源下功耗约为0.7mw。     

一种快速锁定低抖动的时钟数据恢复电路

设计了一款应用于光通信28Gb/s非归零码高速串行接收机的快速锁定、低抖动时钟数据恢复电路。为了解决时钟抖动性能和锁定时间难以兼顾的问题,在比例-积分通路分离的电路结构中,提出了锁定检测判别技术,实现了比例通路增益的可调节,使得环路能够在低抖动的情况下快速锁定。通过Cadence Spectre进行仿真,当环路中使用锁定检测判别技术时,锁定时间为400ns,抖动峰峰值为2.5ps。相较于未使用该技术的环路,锁定时间缩短了33%,抖动降低了40%。     

高速SerDes电路中电荷泵锁相环的设计

面向高速串行接口应用，设计一款低噪声、快速锁定的高性能锁相环电路，作为5 Gbit· s-1数据率的SerDes发射芯片的时钟源。该设计通过锁存RESET方式增加延迟时间，以减小鉴频鉴相器的死区效应，降低锁相环整体电路的杂散；其压控振荡器采用4 bit二进制开关电容的方法，将输出频率划分为16个子频带，以获得较大的输出频率范围，同时又不增加压控振荡器的增益；在SMIC 55 nm工艺下完成锁相环电路版图设计，核心芯片面积为054 mm2。后仿真结果表明:输出频率覆盖46~56 GHz，1 MHz频偏处的相位噪声在-110 dBc·Hz-1 附近。测试结果显示，RMS 抖动和峰峰值抖动分别为287 ps和134 ps，整体电路功耗为37 mW。     

TTL门电路逻辑功能演示教具的仿真设计

设计一个用数字集成电路组成的TTL门电路逻辑功能模拟演示实验教具,该教具将门电路的逻辑功能通过LED显示"亮"与"暗"的方式;数码管显示"1"与"0"的方式;以及由振荡器、计数器组成的流水灯显示方式联用。即LED显示"亮"状态时,数码管显示"1"状态,计数器电路输出端有LED流水灯模拟电流流过;LED显示"暗"状态时,数码管显示"0"状态,计数器电路输出端没有LED流水灯模拟电流流过。该教具新颖独特、生动活泼、便于仿真、利于安装、效果很好。这种用常见的译码器、数码管、及NE555、CD4017组成的流水灯电路巧妙组合显示门电路功能的方法,对学生初学门电路原理时,有一个感性的认识,便于学生对理论知识的理解和掌握。     

基于74LS161的扭环形计数器自启动设计

为探索MSI( Medium Scale Integrated circuit)可编程计数器进行非常规使用改变应用方向的逻辑修改技术,探讨了基于74LS161的扭环形计数器自启动没计问题,提出了MSI可编程计数器改变应用方向的逻辑修改方法.通过对可编程计数器74LS161的状态输出进行逻辑修改改变计数规律,将状态输出反...     

锁相环用CMOS鉴频鉴相器及电荷泵的实现

锁相环(PLL)是一个闭环相位自动控制系统，能够利用一个精确且稳定的频率产生一系列频率准确的信号，为系统内部的其它模块提供稳定的高频时钟．鉴相器是锁相环路中不可缺少的重要组成部分，为了改善传统鉴相器捕获范围小、捕获时间长的问题，本介绍一种增加频率检测的鉴相器及电荷泵的设计方法。     

锁相环的改进及仿真

提出了一种改进锁相环线性性能的方法,即在基本锁相环的基础上增加一个常数增益元件C和一个低通滤波器L(s),同时使用鉴频鉴相器(PFD)代替鉴相器(PD).这可使锁相环具有大的捕捉范围并能快速锁定,尤其是在锁定时间方面远优于基本锁相环.通过对锁相环路进行增益补偿,扩大了锁相环路的线性分析范围,改善了锁相环路的线性工作性能;通过介绍Simulink环境下的锁相环仿真方法,直观地得出了频率捕捉时间、捕捉范围等锁相环参数,验证了在噪声环境下改进方法的可行性.