硅基毫米波亞毫米波PLL中高速PFD和CP的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、毫米波收發(fā)機(jī)是當(dāng)今國際上知識高度集中，受到廣泛關(guān)注的前沿?zé)狳c(diǎn)研究領(lǐng)域。隨著對低成本高性能系統(tǒng)的需求，基于硅基毫米波集成芯片的開發(fā)越來越成為今后發(fā)展的趨勢。因此，設(shè)計(jì)能提供高速本振信號的鎖相環(huán)頻率合成器就顯得尤為重要。作為鎖相環(huán)電路的關(guān)鍵模塊，鑒頻鑒相器提供鎖相環(huán)頻率合成器系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精度，電荷泵決定了快速鎖定能力以及寬的頻率捕捉范圍。
　　 本文基于射電天文硅基毫米波接收機(jī)的應(yīng)用背景，首先介紹了鎖相環(huán)頻率合成器的基礎(chǔ)知識以及噪

2、聲模型，接著闡述了鑒頻鑒相器(PFD:PhaseFrequencyDetector)及電荷泵(CP:ChargePump)的基本原理及分類，并詳細(xì)討論了PFD和CP的工作指標(biāo)及設(shè)計(jì)難點(diǎn)。依托傳統(tǒng)邊沿觸發(fā)PFD結(jié)構(gòu)，本文給出了一種基于TSPC(TrueSinglePhaseClocking)D觸發(fā)改進(jìn)型的PFD設(shè)計(jì)，該電路具有結(jié)構(gòu)簡單、速度快、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。另外，本文給出了一種基于電流舵改進(jìn)型的高速CP設(shè)計(jì)，該CP包含了電流補(bǔ)償電路、加速

3、捕獲電路、時鐘饋通抵消電路等一些提高性能的輔助模塊，整個電荷泵具有電流匹配好、工作速度快、靜態(tài)功耗低等優(yōu)點(diǎn)。基于IBM90nmCMOS工藝，完成了PFD和CP電路設(shè)計(jì)、前仿真、版圖設(shè)計(jì)和后仿真，并進(jìn)行了流片驗(yàn)證，芯片測試結(jié)果表明:在1.2V電源電壓下，鑒頻鑒相器的(70MHz參考頻率下)各種邏輯功能與性能良好，電荷泵輸出電流為110μA，輸出電壓在0.1V-1.03V范圍內(nèi)失配電流比率小于3％,PFD與CP模塊總功耗為5.15mW。