CMOS無電感寬帶頻率綜合器關(guān)鍵技術(shù)的研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、現(xiàn)代片上系統(tǒng)功能多,模塊多,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,往往需要多個時鐘源。實現(xiàn)時鐘源最普遍的方式是基于鎖相環(huán)的頻率綜合器。鎖相環(huán)產(chǎn)生的周期信號,為cpu、I/O接口等模塊提供時鐘。時鐘信號的時鐘抖動(jitter)與數(shù)字系統(tǒng)中預(yù)留的建立時間直接相關(guān),影響到數(shù)字系統(tǒng)所能達到的工作頻率。片上系統(tǒng)除了要求鎖相環(huán)具有高性能、低功耗,還要求復(fù)雜環(huán)境下的穩(wěn)定性。想要滿足各種應(yīng)用對鎖相環(huán)的苛刻要求,設(shè)計出高性能的振蕩器尤為重要。L-C振蕩器因其優(yōu)異的噪聲性能被廣泛應(yīng)

2、用于產(chǎn)生收發(fā)機的本振信號;環(huán)型振蕩器雖然無法在噪聲性能上與L-C振蕩器相比擬,但其占用面積小,調(diào)諧范圍大的優(yōu)點有助于芯片成本的降低,對片上系統(tǒng)等應(yīng)用至關(guān)重要。
  為了增加振蕩器的調(diào)諧范圍,多數(shù)環(huán)型振蕩器都通過限制流過晶體管的電流來控制充放電速度。但是在極端情況下,振蕩器的直流工作點會嚴重偏移最佳工作點,造成電流效率的下降,使得振蕩器的品質(zhì)因數(shù)下降。在寬帶應(yīng)用中,振蕩器的增益很大,工藝溫度變化引起的增益變化也會影響環(huán)路的穩(wěn)定,控制

3、電壓上耦合的噪聲也會給系統(tǒng)帶來額外的噪聲,并且放大參考雜散的幅度。本文對環(huán)型振蕩器的相位噪聲和頻率調(diào)諧等問題做出了分析,設(shè)計了一種線性分段調(diào)諧的電路結(jié)構(gòu),并以CML差分振蕩器為例在180nm CMOS工藝上進行了流片。該振蕩器以2.9mW的功耗在1.4GHz頻率達到了-93.5dBC/Hz的相位噪聲,品質(zhì)因數(shù)為151.8dBc/Hz。
  環(huán)型振蕩器除了噪聲性能不佳外,還易受工藝、溫度和電壓的影響。在片上系統(tǒng)中,數(shù)字電路的高速開關(guān)

4、行為產(chǎn)生的電流脈沖會通過襯底耦合到整個芯片,形成電源噪聲,惡化振蕩器的性能。電源噪聲已經(jīng)成為制約環(huán)型振蕩器性能的主要因素。為了抑制電源噪聲,通常會在鎖相環(huán)中加入線性穩(wěn)壓器,這將引入了額外的功耗和穩(wěn)定性問題。本文設(shè)計了一種基于開環(huán)補償?shù)沫h(huán)型振蕩器電源電壓噪聲抑制技術(shù),通過控制延遲單元的尾電流源來降低振蕩器的電源電壓敏感度,從而減輕電源噪聲對振蕩器性能的影響。該電路于180nm CMOS工藝進行了流片,測試結(jié)果驗證了該設(shè)計的有效性。

5、  片上系統(tǒng)往往需要多個時鐘,不同的模塊對時鐘源的要求不盡相同,針對每個模塊設(shè)計不同的時鐘源會增加整個系統(tǒng)的研發(fā)成本。為了降低片上系統(tǒng)的研發(fā)成本,一般會根據(jù)所使用的工藝制程設(shè)計通用的時鐘產(chǎn)生電路IP。本文基于40nm cmos工藝設(shè)計了一種低成本頻率綜合器電路。該頻率綜合器采用了多振蕩器多頻帶的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)100MHz到3.2GHz的頻率范圍,并通過AFC系統(tǒng)根據(jù)分頻比對頻帶進行選擇;采用了電容倍乘結(jié)構(gòu)來節(jié)約芯片面積并設(shè)計了動態(tài)匹配電荷泵

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