SOC用鎖相環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及研究.pdf

1、鎖相環(huán)控制系統(tǒng)是使用反饋原理，實(shí)現(xiàn)相位自動(dòng)控制的系統(tǒng)。鎖相的目的在于通過(guò)反饋調(diào)節(jié)使輸出信號(hào)相位鎖定或跟蹤輸入信號(hào)的相位變化，其結(jié)果是使相位誤差盡量地小。根據(jù)頻率與相位的變換關(guān)系，在相位差固定的情況下，頻率差為零，因此鎖相環(huán)可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)信號(hào)的相位同步，頻率相同。由于其具有很多優(yōu)良特性，現(xiàn)廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備尤其是近年來(lái)飛速發(fā)展的SOC系統(tǒng)中。 本論文的研究工作得到天津市科技發(fā)展計(jì)劃科技攻關(guān)專(zhuān)項(xiàng)項(xiàng)目“SOC用鎖相環(huán)IP的開(kāi)發(fā)”的支

2、持。本論文在已有的鎖相環(huán)理論基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)研究和查閱國(guó)內(nèi)外大量文獻(xiàn)，對(duì)其性能和設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了更深入的研究。 本文借助于控制理論和信號(hào)分析等數(shù)學(xué)工具，分析研究了鎖相環(huán)系統(tǒng)的基本方程與模型。引用線(xiàn)性化分析概念，對(duì)鎖相環(huán)路進(jìn)行線(xiàn)性化分析及基本傳遞函數(shù)推導(dǎo)。同時(shí)針對(duì)常用的二階鎖相環(huán)路進(jìn)行實(shí)際的動(dòng)態(tài)特性分析，給出其動(dòng)態(tài)模型，分析環(huán)路各種特性間的制約關(guān)系，作為鎖相環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。 由于互補(bǔ)性氧化金屬半導(dǎo)體CMOS工藝具有工

3、作電壓范圍寬、靜態(tài)功耗低、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，所以本文鎖相環(huán)系統(tǒng)的研究工作是在0.13umCMOS工藝的平臺(tái)上設(shè)計(jì)高性能鎖相環(huán)系統(tǒng)，在國(guó)際上也屬于先進(jìn)的制造工藝，在國(guó)內(nèi)鎖相環(huán)路系統(tǒng)的研究中也還未有成功開(kāi)發(fā)的報(bào)道。 本文在分析和借鑒國(guó)內(nèi)外鎖相環(huán)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，研究和設(shè)計(jì)出新型的采用CMOS電荷泵鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)的鎖相環(huán)系統(tǒng)。首先對(duì)其進(jìn)行數(shù)學(xué)建模和動(dòng)態(tài)特性分析，作為指導(dǎo)具體設(shè)計(jì)的前提。然后具體闡述其結(jié)構(gòu)中包含的鑒頻鑒相器、電荷泵、環(huán)路濾波器

4、及壓控振蕩器的工作原理及主要性能要求，根據(jù)要求給出各部分的具體電路設(shè)計(jì)及仿真結(jié)果分析。同時(shí)在CMOS模擬電路設(shè)計(jì)理論的指導(dǎo)下，對(duì)電荷泵鎖相環(huán)系統(tǒng)性能進(jìn)行了優(yōu)化，解決了電路延時(shí)、電流不匹配、數(shù)模電壓間轉(zhuǎn)換、寄生電容等問(wèn)題。提出使用帶隙基準(zhǔn)電壓源改進(jìn)整體系統(tǒng)環(huán)路特性的方法，并取得很好的效果。 最后，本文還針對(duì)SOC系統(tǒng)，提出一種針對(duì)視頻和平板顯示領(lǐng)域的SOC芯片中，必須用到的鎖相環(huán)IP。此鎖相環(huán)IP模塊使用電荷泵鎖相環(huán)系統(tǒng)作為基礎(chǔ)模