高性能電荷泵式鑒相器的設(shè)計(jì).pdf

1、鎖相環(huán)(PLL)作為一個(gè)相位比較的反饋系統(tǒng)已在電子學(xué)和通訊領(lǐng)域中獲得廣泛的應(yīng)用.而電荷泵式鎖相環(huán)由于在設(shè)計(jì)中采用了電荷泵(CP)與鑒相鑒頻器(PFD),使其具有低功耗、高速、低抖動(dòng)和低成本等特點(diǎn),而被廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代通信領(lǐng)域及射頻領(lǐng)域中.因此,現(xiàn)在的數(shù)字調(diào)諧芯片就集成了電荷泵式鎖相環(huán),使其接收的信號(hào)頻率和電視臺(tái)發(fā)送頻率保持嚴(yán)格的一致.而作為鎖相環(huán)關(guān)鍵部件的鑒相鑒頻器及電荷泵的設(shè)計(jì)也就成為現(xiàn)代通信領(lǐng)域及射頻領(lǐng)域的研究熱點(diǎn).該文首先介紹了鑒

2、相鑒頻器及電荷泵的工作原理及分類,并詳細(xì)討論了它們的性能指標(biāo)及設(shè)計(jì)中所要考慮的問題.基于PLL環(huán)路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求,該文提出了鑒相鑒頻器及電荷泵的指標(biāo)要求及其整體框架圖,按設(shè)計(jì)框架圖主要包括四個(gè)部分:鑒相鑒頻器(PFD)、電荷泵(CP)、PFD偏置電壓(PFD_bias)產(chǎn)生電路及電荷泵參考電流(CP_Iref)產(chǎn)生電路.在普通型邊沿觸發(fā)PFD結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,該文提出一種基于SCL(Source Coupled FET Logic)結(jié)構(gòu)的高

3、精度全差分型PFD的設(shè)計(jì),該電路具有功耗低,速度快,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn).同時(shí),鑒于PFD復(fù)位電路的延遲性能直接影響到PFD的各項(xiàng)性能指標(biāo),該文就基于MOS管器件參數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)的BSIM3V3 model模型,對(duì)PFD的復(fù)位電路作延遲性能的估算;在保證良好的鑒相范圍和最大工作頻率的前提下,改善其鑒相精度,該P(yáng)FD的鑒相精度提高到50ps.另外,該文基于普通型電荷泵電路提出了帶有大擺幅電流鏡(充放電電流源)的全差分型電荷泵的設(shè)計(jì),該電荷泵具有靜態(tài)功

4、耗低,速度快,線性好,電流匹配性能好等特點(diǎn).在此電荷泵的優(yōu)化設(shè)計(jì)中還增加了跨導(dǎo)放大器(Gm)電路,跨導(dǎo)放大器的增加不僅可以使電荷共享問題最小化,而且通過該跨導(dǎo)放大器的正反饋?zhàn)饔脕頊p小電流失配.通過仿真分析和計(jì)算,該電荷泵的電流失配量和普通型電荷泵相比從>10﹪減小到<2﹪.并且該文還基于模擬集成電路版圖設(shè)計(jì)的要點(diǎn)并根據(jù)PFD及CP電路性能特點(diǎn)優(yōu)化了版圖設(shè)計(jì).最后基于Chartered 0.25umRFCMOS工藝庫(kù)完成了PFD和CP各項(xiàng)