低功耗頻率合成器的關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，手持設(shè)備需求不斷增加，使得無線局域網(wǎng)、藍(lán)牙以及ZigBee等短距離無線標(biāo)準(zhǔn)相繼出現(xiàn)和普及，更低功耗和更低成本的芯片作為技術(shù)核心，成為產(chǎn)品的關(guān)鍵競(jìng)爭(zhēng)力。頻率合成器為無線射頻收發(fā)機(jī)提供本振信號(hào)和頻率調(diào)制，是決定系統(tǒng)性能的關(guān)鍵電路。高性能的頻率合成器主要采用電荷泵鎖相環(huán)和全數(shù)字鎖相環(huán)實(shí)現(xiàn)，本文分別對(duì)這兩種方式及其關(guān)鍵模塊的低功耗、低相位噪聲和低成本設(shè)計(jì)等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，通過理論分析并測(cè)試驗(yàn)證。
　　 壓控振蕩

2、器(Voltage Controlled Oscillator)是頻率合成器的核心，其相位噪聲是關(guān)鍵指標(biāo)?，F(xiàn)有技術(shù)常犧牲功耗和面積降低相位噪聲，本文試圖以低功耗實(shí)現(xiàn)低相位噪聲設(shè)計(jì)。先進(jìn)CMOS工藝下，閃爍噪聲的影響隨器件尺寸減小而突顯，已有技術(shù)主要降低尾電流或負(fù)阻管的閃爍噪聲，本文提出一種自開關(guān)偏置結(jié)構(gòu)，首次在減小尾電流源閃爍噪聲的同時(shí)，還抑制了負(fù)阻管噪聲的變頻轉(zhuǎn)化。由于兩個(gè)最主要來源的閃爍噪聲被同時(shí)減小，帶內(nèi)相位噪聲降低至-77.6

3、dBc/Hz。傳統(tǒng)開關(guān)偏置技術(shù)存在相位噪聲和功耗的折衷，且功耗過大，本文的設(shè)計(jì)消除了二者的限制關(guān)系，有效降低功耗。采用0.18μm CMOS工藝實(shí)現(xiàn)用于2.4 GHzZigbee的壓控振蕩器，測(cè)試結(jié)果驗(yàn)證了所提技術(shù)對(duì)低相位噪聲、低功耗的效果。
　　 為滿足Zigbee發(fā)射機(jī)的要求，基于電荷泵鎖相環(huán)設(shè)計(jì)了低功耗、低復(fù)雜度的兩點(diǎn)調(diào)制器，進(jìn)行頻率調(diào)制。兩點(diǎn)調(diào)制器一般需要校正電路減小增益失配，但會(huì)增加設(shè)計(jì)復(fù)雜度和功耗。本文提出一種減小失

4、配的結(jié)構(gòu)，通過減小可變電容失配和提高調(diào)制增益線性度實(shí)現(xiàn)，相比其他方案，不需要使用校正電路，實(shí)現(xiàn)低功耗和低復(fù)雜度設(shè)計(jì)。對(duì)調(diào)制控制的關(guān)鍵模塊Delta-Sigma調(diào)制器，考察了不同階數(shù)、實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)和輸入位寬等因素對(duì)噪聲和雜散性能的影響。采用消除死區(qū)的鑒頻鑒相器和高線性度的電荷泵降低噪聲折疊影響，改善頻率合成器的帶內(nèi)相位噪聲和雜散性能。完整的兩點(diǎn)調(diào)制器在0.18μm CMOS工藝實(shí)現(xiàn)并測(cè)試。
　　 CMOS工藝的進(jìn)步令全數(shù)字鎖相環(huán)體現(xiàn)出