一款用于Buck型DC-DC變換器的電荷泵鎖相環(huán)設(shè)計.pdf

1、隨著集成電路技術(shù)以及半導(dǎo)體技術(shù)的快速發(fā)展，電源管理類芯片被廣泛應(yīng)用到通信、計算機(jī)、電子等領(lǐng)域。在所有的電源管理類芯片中，直流開關(guān)電源芯片由于其高可靠性、高效率、高頻率、以及高功率密度等性能優(yōu)勢得到了十分廣泛的應(yīng)用。其中集成鎖相環(huán)的Buck型DC-DC變換器雖然具有轉(zhuǎn)換效率高、瞬態(tài)響應(yīng)好和帶載能力強(qiáng)等特點，但是鎖相環(huán)系統(tǒng)帶來的噪聲干擾和相位抖動等問題對變換器的穩(wěn)定性造成了一定的影響，因此對用于Buck型DC-DC變換器的高可靠性鎖相環(huán)的研

2、究具有重要意義。
　　本文設(shè)計的電荷泵鎖相環(huán)集成在一款Buck型DC-DC變換器中，此鎖相環(huán)為變換器提供高可靠性的時鐘脈沖信號。論文以高可靠性電荷泵鎖相環(huán)為設(shè)計目標(biāo)，從鎖相環(huán)的基本結(jié)構(gòu)及其重要特性指標(biāo)入手進(jìn)行討論，并根據(jù)鎖相環(huán)的環(huán)路特性將其歸類，推導(dǎo)其環(huán)路傳輸函數(shù)，以及對其環(huán)路響應(yīng)進(jìn)行了詳細(xì)的分析。本文設(shè)計的電荷泵鎖相環(huán)的主要子模塊包括鑒頻鑒相器、電荷泵、環(huán)路濾波器、壓控振蕩器和分頻器五大模塊。其中鑒頻鑒相器的設(shè)計基于傳統(tǒng)D觸發(fā)器

3、架構(gòu)，在保證其具有較寬的鑒相范圍和較快的捕獲速度的前提下，增加了復(fù)位延遲電路的延遲時間，減小了鑒相“死區(qū)”。電荷泵電路采用源極開關(guān)式電荷泵架構(gòu)，很好的解決了電流失配和電荷注入作用對其性能的影響，且電荷泵電流源使用對稱式鏡像結(jié)構(gòu)，相對于傳統(tǒng)電荷泵結(jié)構(gòu)而言，有利于改善電路的匹配特性，減小系統(tǒng)對數(shù)字信號跳變的敏感程度，同時也降低了控制電壓的抖動。從線性度、噪聲、頻率調(diào)節(jié)范圍、集成度難易、功耗、穩(wěn)定性等不同角度綜合考量，環(huán)路濾波器采用傳統(tǒng)的二階

4、無源濾波器，結(jié)構(gòu)簡單而且效率高。除此之外，本文設(shè)計的壓控振蕩器可以分為兩部分，第一部分是電壓電流轉(zhuǎn)換電路，其采用的差分對結(jié)構(gòu)在保證電路轉(zhuǎn)化過程中失真較小的同時又可以增強(qiáng)電路的噪聲抑制性能；第二部分是振蕩產(chǎn)生電路，這個電路的特點是電容在充電的同時也在放電，這使得電路整體的連貫性增強(qiáng)，輸出波形更加的穩(wěn)定、規(guī)整。
　　本設(shè)計基于0.35μm CMOS工藝，在Cadence軟件平臺下完成了芯片的電路設(shè)計以及仿真驗證。此電荷泵鎖相環(huán)的同步頻