電荷泵式自動幅度控制電路的設計與實現(xiàn).pdf

1、近幾十年,無線通信取得了巨大發(fā)展,人們對更高數(shù)據傳輸速率和更低功耗的要求,給射頻通信系統(tǒng)的設計不斷提出新的挑戰(zhàn)。無論是有線還是無線應用,都是通過采用更高頻譜利用效率的調制方案或者更寬的信道帶寬來實現(xiàn)低功耗、低成本和高數(shù)據速率。另外,隨著各種通信標準的發(fā)展和新的應用不斷出現(xiàn),為了向后兼容和降低成本,要求射頻通信系統(tǒng)能支持多個通信標準以及一些寬帶系統(tǒng)本身的特點,如DVB-C等,促進了人們對寬帶器件的研究。
　　在現(xiàn)代通信器件中,作為頻

2、率綜合器核心模塊的壓控振蕩器,對數(shù)據的發(fā)送和接收起著非常重要的作用。由于壓控振蕩器的相位噪聲決定了射頻通信系統(tǒng)的靈敏度,所以如何設計和實現(xiàn)低相位噪聲的寬帶壓控振蕩器以滿足寬帶收發(fā)機系統(tǒng)的要求,成為當今工業(yè)界和學術界研究的熱點。
　　要實現(xiàn)低相位噪聲的寬帶壓控振蕩器,自動幅度控制(Automatic-Amplitude Control，AAC)電路是一個必不可少的電路單元,因為沒有自適應環(huán)路,很難在所有條件下都能使壓控振蕩器的偏置電

3、流工作在最優(yōu)值。因此,本文分析了目前普遍采用的傳統(tǒng)模擬和數(shù)字AAC電路各自的優(yōu)缺點。傳統(tǒng)模擬AAC電路具有控制精度高的優(yōu)點,但是其各個電路模塊的噪聲會嚴重惡化壓控振蕩器的相位噪聲。傳統(tǒng)數(shù)字AAC電路雖然解決了傳統(tǒng)模擬AAC電路惡化壓控振蕩器相位噪聲的問題,但是由于引入了數(shù)字時序邏輯電路,它具有穩(wěn)定時間過長、電路設計相對復雜的缺點?；谶@些分析,我們詳細闡述了兼有模擬和數(shù)字AAC電路優(yōu)點的電荷泵式AAC電路的工作原理、子電路的設計和系統(tǒng)設

4、計方法。電荷泵式AAC在工作原理上和傳統(tǒng)的模擬、數(shù)字AAC電路一樣,都是一個通過控制壓控振蕩器的幅度來調節(jié)其工作電流,以實現(xiàn)最優(yōu)工作狀態(tài)的負反饋系統(tǒng)。它包括壓控振蕩器、幅度檢測器、比較器、電荷泵和可調節(jié)式參考電壓產生電路等模塊。顯然,引入電荷泵模塊是該AAC電路區(qū)別于傳統(tǒng)模擬和數(shù)字AAC電路的顯著特點。一方面,當系統(tǒng)達到穩(wěn)定時,電荷泵的輸出為高阻狀態(tài),隔離了環(huán)路中其它電路模塊噪聲對壓控振蕩器相位噪聲的影響,解決了傳統(tǒng)模擬AAC電路會惡化

5、壓控振蕩器相位噪聲的問題;另一方面,在整個環(huán)路中只需要幾個簡單的組合邏輯門,沒有時序邏輯電路,從而解決了傳統(tǒng)數(shù)字AAC電路的穩(wěn)定時間過長、電路設計相對復雜的問題。
　　最后,為了驗證本文理論分析和設計方法的正確性,采用CSM0.25um射頻混合信號CMOS工藝,利用Cadence公司的相應EDA工具,設計了一個調諧范圍為80MHz-900MHz的寬帶壓控振蕩器。該壓控振蕩器利用電荷泵式AAC電路來優(yōu)化每個頻率點處的工作電流。流片后