低電壓低功耗鑒頻鑒相器與電荷泵的設計.pdf

1、近幾年，隨著低功耗無線通信技術、微電子機械系統(tǒng)(Micro-Electro-Mechanism System，MEMS)和嵌入式技術迅速發(fā)展，無線傳感網(wǎng)(WSN，Wireless Sensor Network)應運而生，并被廣泛認為是本世紀最前沿的科技之一。WSN技術目前已經(jīng)在智能交通、環(huán)境監(jiān)控、智能家居、醫(yī)療衛(wèi)生甚至軍事科技等多個領域被廣泛應用。據(jù)此可以預測到，進行低電壓低功耗WSN技術的研究對社會各個方面都存在重大意義并對人類未來的

2、生活方式也會產(chǎn)生深遠的影響，而作為WSN系統(tǒng)的關鍵模塊，低功耗射頻收發(fā)機需要更深入的研究和優(yōu)化。鑒頻鑒相器(PFD，Phase Frequency Detector)以及電荷泵(CP, Charge Pump)作為低功耗射頻收發(fā)機中頻率綜合器的關鍵模塊，其性能影響著整個射頻收發(fā)機的性能。
　　本文給出了鑒頻鑒相器以及電荷泵的電路設計。此設計是在對電荷泵式鎖相環(huán)中的PFD和CP模塊理論分析的基礎上，進一步創(chuàng)新、優(yōu)化而來，本次設計的P

3、FD基于TSPC D觸發(fā)器實現(xiàn)，不僅具有高速、高精度、低電壓、低功耗等優(yōu)點，電路結構也更加簡單，同時解決了死區(qū)問題。另外，為了進一步擴大充放電電流匹配時CP的輸出電壓范圍，本次設計創(chuàng)新性的給出了基于低壓差電流鏡技術的CP結構，同時為了提高CP的充電電流和放電電流的匹配精度，利用了軌至軌運算放大器的虛短原理實現(xiàn)電壓鉗位，為了提高CP在環(huán)路鎖定情況下的瞬態(tài)電流匹配，對CP電路進行了對應的優(yōu)化，進一步減小了CP的非理想效應。本次設計的PFD&

4、CP工作電壓為1V，采用0.18μm CMOS工藝設計，完成了電路的原理圖設計、前仿真驗證、版圖設計、后仿真驗證。后仿真結果表明，本次設計的PFD&CP滿足設計指標要求，并且性能良好，其中PFD在各種工作狀態(tài)下，邏輯正確并且不存在死區(qū);在電源電壓為1V低電壓、TT、SS、FF三種工藝角下，CP性能良好，在輸出電壓0.06V～0.95V范圍內(nèi)，充放電電流穩(wěn)定在97μA～99μA，直流狀態(tài)下，充放電電流失配小于0.5μA; PFD&CP級聯(lián)