小數(shù)型頻率合成器畢業(yè)答辯

一種2.4GHzDelta-Sigma小數(shù)型頻率合成器的研究畢業(yè)辯論1整理ppt報告內(nèi)容課題背景和意義課題設(shè)計目標(biāo)和設(shè)計方法頻率合成器的系統(tǒng)級分析與建模全數(shù)字△∑調(diào)制器鎖相環(huán)電路自動頻率粗調(diào)電路頻率合成器的整體性能評估課題總結(jié)2整理ppt課題背景和意義WiMAXWLANWPAN

GlobalWMANGPS,北斗GSM/GPRSWLANBlueToothUWBHomeRFRFIDCDMAZigBee我們身處無線通信的時代…TD-SCDMAWCDMA

2.4GHz附近頻段內(nèi)的通信標(biāo)準(zhǔn)：

802.11b/g,BlueTooth,ISM2.4GHz,DECT,ZigBee3整理ppt課題背景和意義頻率合成器為無線收發(fā)機(jī)提供本振信號時域頻域4整理ppt課題背景和意義基于鎖相環(huán)的整數(shù)型頻率合成器基于鎖相環(huán)的△∑小數(shù)型頻率合成器缺點(diǎn)：最小頻率步長固定為Fref的整數(shù)倍，頻率切換速度慢。優(yōu)點(diǎn)：最小頻率步長可以任意小，頻率切換速度較快?！矠榱吮ＷC環(huán)路穩(wěn)定，PLL的環(huán)路帶寬≤Fref/10〕5整理ppt報告內(nèi)容課題背景和意義課題設(shè)計目標(biāo)和設(shè)計方法頻率合成器的系統(tǒng)級分析與建模全數(shù)字△∑調(diào)制器鎖相環(huán)電路自動頻率粗調(diào)電路頻率合成器的整體性能評估課題總結(jié)6整理ppt課題設(shè)計目標(biāo)性能參數(shù)預(yù)期設(shè)計指標(biāo)調(diào)頻范圍2.4-2.5GHzI/Q兩路正交輸出最小頻率步長≤1kHz頻率切換時間≤150μs帶內(nèi)相位噪聲≤-70dBc/Hz帶外相位噪聲≤-110dBc/Hz@1MHz頻率偏移雜散≤-70dBc功耗≤10mW基于TSMC0.13μmRFCMOS工藝7整理ppt課題設(shè)計方法△∑小數(shù)型頻率合成器是一個復(fù)雜的數(shù)模混合系統(tǒng)CadenceAMS混合信號集成電路設(shè)計平臺支持VerilogHDL、Verilog-A、Verilog-AMS和真實(shí)電路的混合仿真。合理的設(shè)計方法可以提高設(shè)計效率和成功率！8整理ppt報告內(nèi)容課題背景和意義課題設(shè)計目標(biāo)和設(shè)計方法頻率合成器的系統(tǒng)級分析與建模全數(shù)字△∑調(diào)制器鎖相環(huán)電路自動頻率粗調(diào)電路頻率合成器的整體性能評估課題總結(jié)9整理ppt相位域小信號分析模型對整個頻率合成器系統(tǒng)進(jìn)行線性時不變連續(xù)時間小信號近似，可得：開環(huán)傳輸函數(shù)：閉環(huán)傳輸函數(shù)：環(huán)路帶寬fc和相位裕度φm的定義：環(huán)路所需的鎖定時間：此模型的作用：1、評估鎖相環(huán)的穩(wěn)定性；2、根據(jù)鎖定時間要求設(shè)計適宜的環(huán)路帶寬和相位裕度；3、根據(jù)環(huán)路帶寬和相位裕度要求設(shè)計各電路模塊的參數(shù)。10整理ppt相位噪聲分析與建模

各電路模塊的噪聲都被定義為該電路模塊的輸出噪聲且假設(shè)各噪聲源之間互不相關(guān)?！鳌菩?shù)型頻率合成器的輸出相位噪聲功率譜密度為：----式(2-13)此模型的作用：1、評估系統(tǒng)的相位噪聲性能；2、根據(jù)系統(tǒng)的相位噪聲指標(biāo)確定適宜的環(huán)路帶寬；3、根據(jù)系統(tǒng)的相位噪聲指標(biāo)確定各電路模塊的噪聲指標(biāo)。11整理ppt相位噪聲分析與建模△∑小數(shù)型頻率合成器的相位噪聲分析評估方法

----式(2-12)換算關(guān)系：12整理ppt行為級混合信號仿真模型VCO和多模分頻器合并在同一個模塊中以加快仿真速度；各電路模塊的行為級模型都是參數(shù)化的。此模型的作用：

1、快速地進(jìn)行系統(tǒng)級仿真驗(yàn)證；

2、充當(dāng)模塊電路的評估驗(yàn)證平臺。13整理ppt報告內(nèi)容課題背景和意義課題設(shè)計目標(biāo)和設(shè)計方法頻率合成器的系統(tǒng)級分析與建模全數(shù)字△∑調(diào)制器

鎖相環(huán)電路自動頻率粗調(diào)電路頻率合成器的整體性能評估課題總結(jié)14整理ppt全數(shù)字△∑調(diào)制器全數(shù)字一階△∑調(diào)制器

(x=0.537,m=17,clk=20MHz)調(diào)制器輸出序列的功率譜

假設(shè)累加器數(shù)據(jù)位寬為m,將其用作一階△∑調(diào)制器時，缺點(diǎn)：其輸出序列存在很強(qiáng)的周期性，引起明顯的分?jǐn)?shù)雜散。15整理ppt全數(shù)字△∑調(diào)制器LFSR加抖的MASH1-1-1△∑調(diào)制器〔m=17〕

△∑調(diào)制引起的量化相位誤差序列：式(2-12)△∑調(diào)制引起的量化相位噪聲調(diào)制器輸出序列的功率譜采用流水線結(jié)構(gòu)以提高工作頻率16整理ppt報告內(nèi)容課題背景和意義課題設(shè)計目標(biāo)和設(shè)計方法頻率合成器的系統(tǒng)級分析與建模全數(shù)字△∑調(diào)制器鎖相環(huán)電路自動頻率粗調(diào)電路頻率合成器的整體性能評估課題總結(jié)17整理ppt鎖相環(huán)電路△∑小數(shù)型頻率合成器的核心局部仍是一個鎖相環(huán)18整理ppt非線性PFD能根據(jù)相位誤差的大小自動調(diào)整環(huán)路帶寬，從而可加快鎖相環(huán)的鎖定速度。鎖相環(huán)電路—PFDPFD與電荷泵的組合傳輸特性

非線性PFD的KPFD+CP的平均倍增量：19整理ppt鎖相環(huán)電路—PFD特點(diǎn)：沒有顯式的AND門，沒有增加消耗的晶體管數(shù)量。加速效果20整理ppt鎖相環(huán)電路—電荷泵傳統(tǒng)的源極開關(guān)型電荷泵

靜態(tài)匹配特性保持不變

采用動態(tài)匹配特性改進(jìn)技術(shù)的源極開關(guān)型電荷泵動態(tài)匹配特性改善明顯

21整理ppt鎖相環(huán)電路—電荷泵電荷泵失配對Vctrl的影響

電荷泵與PFD組合后的傳輸特性動態(tài)匹配改進(jìn)的電荷泵與PFD組合后輸出的噪聲電流PPFD+CP=0.12mW@Fref=20MHz22整理ppt鎖相環(huán)電路—參考電流源溫度相關(guān)性電源電壓相關(guān)性23整理ppt鎖相環(huán)電路—VCO相位噪聲調(diào)頻特性曲線族瞬態(tài)起振波形Vpp≈750mVKvco=115-135MHz/V-112.3dBc/Hz@1MHzoffsetPVCO=2mW24整理ppt鎖相環(huán)電路—多模分頻器相位切換型225-256多模分頻器PMMD=0.78mW@Fvco=5GHz25整理ppt鎖相環(huán)電路—多模分頻器÷8前置分頻器

1stDiv2和2ndDiv23rdDiv2CMLD-latch26整理ppt鎖相環(huán)電路—多模分頻器S1、S2和S3依次連接到相位選擇器的第一級MUX、第二級MUX和第三級MUX可以防止F8出現(xiàn)毛刺。27整理ppt鎖相環(huán)電路—多模分頻器FvcoF8F16-F256C[4:0]010001S[3:1]0000000001SwitchPswitch8Tvco8Tvco7Tvco讀入分頻模數(shù)控制信號MC[4:0]分頻模數(shù)控制邏輯計算是否進(jìn)行相位切換相位切換Pipeline28整理ppt鎖相環(huán)電路—環(huán)路濾波器TL≈25μs根據(jù)相位域小信號分析模型可推導(dǎo)出一系列封閉形式的設(shè)計公式：29整理ppt報告內(nèi)容課題背景和意義課題設(shè)計目標(biāo)和設(shè)計方法頻率合成器的系統(tǒng)級分析與建模全數(shù)字△∑調(diào)制器鎖相環(huán)電路自動頻率粗調(diào)電路

頻率合成器的整體性能評估課題總結(jié)30整理ppt自動頻率粗調(diào)電路傳統(tǒng)閉環(huán)自動頻率粗調(diào)

傳統(tǒng)開環(huán)自動頻率粗調(diào)本課題所設(shè)計的快速開環(huán)自動頻率粗調(diào)方案

采用數(shù)控電容陣列降低VCO的調(diào)頻增益31整理ppt自動頻率粗調(diào)電路異步頻率計數(shù)存在誤差的原因計數(shù)誤差取整誤差VCO實(shí)際輸出頻率與期望輸出頻率之間的差距：總誤差計數(shù)得到的頻率差距粗調(diào)電路預(yù)設(shè)的頻率差距容限Etol應(yīng)能承受計數(shù)誤差和取整誤差的影響。VCO的相鄰調(diào)頻曲線的間距約為30MHz，其單個調(diào)頻曲線的有效頻率覆蓋范圍約為75MHz，F(xiàn)ref=20MHz，P=8，Q=64，Etol=8，因而粗調(diào)環(huán)路預(yù)設(shè)的頻率差距容限為[-20MHz,20MHz]，總誤差為(-5MHz，2.5MHz)。32整理ppt自動頻率粗調(diào)電路CntFcmpCntFref電路實(shí)現(xiàn)8421碼33整理ppt自動頻率粗調(diào)電路快速開環(huán)自動頻率粗調(diào)電路的工作流程圖

二進(jìn)制折半查找算法;

每位搜索耗時65Tref;Sband共4位，故最多耗時1+65x4個Tref;Fref=20MHz時的最大搜索時間為13.05μs。34整理ppt報告內(nèi)容課題背景和意義課題設(shè)計目標(biāo)和設(shè)計方法頻率合成器的系統(tǒng)級分析與建模全數(shù)字△∑調(diào)制器鎖相環(huán)電路自動頻率粗調(diào)電路頻率合成器的整體性能評估

課題總結(jié)35整理ppt頻率合成器的整體性能評估△∑小數(shù)型頻率合成器的最終整體結(jié)構(gòu)圖36整理ppt頻率合成器的整體性能評估4635MHz

4854MHz4635MHz

5059MHz頻率合成器輸出信號的功率譜頻率合成器的相位噪聲

37整理ppt頻率合成器的整體性能評估性能參數(shù)預(yù)期設(shè)計指標(biāo)達(dá)到的指標(biāo)調(diào)頻范圍2.4-2.5GHzI/Q兩路正交輸出2.28-2.53GHzI/Q兩路正交輸出最小頻率步長≤1kHz80Hz頻率切換時間≤150μs≤40μs帶內(nèi)相位噪聲≤-70dBc/Hz<-80dBc/Hz帶外相位噪聲≤-110dBc/Hz@1MHz頻率偏移-116dBc/Hz@1MHz頻率偏移雜散≤-70dBc≤-75dBc功耗≤10mW3.2mW仿真結(jié)果顯示，各項(xiàng)指標(biāo)都到達(dá)了設(shè)計要求。38整理ppt報告內(nèi)容課題背景和意義課題設(shè)計目標(biāo)和設(shè)計方法頻率合成器的系統(tǒng)級分析與建模全數(shù)字△∑調(diào)制器鎖相環(huán)電路自動頻率粗調(diào)電路頻率合成器的整體性能評估課題總結(jié)39整理ppt課題總結(jié)

本文基于CadenceAMS混合信號電路設(shè)計平臺對應(yīng)用于無線射頻通信芯片中的一種2.4GHz△∑小數(shù)型頻率合成器進(jìn)行了自頂向下的研究設(shè)計，主要完成了以下工作：△∑小數(shù)型頻率合成器的整體性能評估結(jié)果為：可在2.28-2.53GHz輸出兩路正交信號，雜散低于-75dBc，帶內(nèi)相位噪聲低于-80dBc/Hz，帶外相位噪聲約為-116dBc/Hz@1MHz頻率偏移，頻率切換時間約為40μs(其中自動頻率粗調(diào)過程耗時13.05μs)，整體功耗估計為3.2mW，各項(xiàng)指標(biāo)都到達(dá)了設(shè)計要求。為頻率合成器建立了系統(tǒng)級的相位域小信號分析模型、噪聲模型和行為級混合信號仿真模型；設(shè)計了一個MASH1-1-1結(jié)構(gòu)的全數(shù)字△∑調(diào)制器，它采用LFSR加抖成功地消除了分?jǐn)?shù)雜散；我們還對該△∑調(diào)制器所引入的量化相位噪聲進(jìn)行了分析；設(shè)計了一種可加快鎖相環(huán)鎖定速度的非線性鑒頻鑒相器，它沒有引起任何設(shè)計本錢增加；設(shè)計了一種動態(tài)匹配性能得到改進(jìn)的源極開關(guān)型電荷泵，它可降低頻率合成器的參考雜散和提高環(huán)路的線性度；在1.2V電源電壓下基于數(shù)控電容陣列技術(shù)設(shè)計了一個調(diào)頻增益≤135MHz/V，調(diào)頻范圍到達(dá)4.5-5.1GHz的VCO；基于相位切換技術(shù)設(shè)計了一個225-256的多模分頻器，它的最高工作頻率可到達(dá)7GHz，工作在5GHz時功耗僅為0.78mW；提出了一種快速開環(huán)自動頻率粗調(diào)方案，該方案基于二進(jìn)制折半查找算法對VCO的調(diào)頻曲線進(jìn)行搜索，每位搜索僅需65個參考時鐘周期。40整理ppt攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果JinbaoLan,FengchangLai,Zhiqiang