低功耗频率源及其应用的研究

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1、中国科学技术大学硕士学位论又低功耗频率源及其应用的研究作者姓名：学科专业：导师姓名：完成时间：朱光电路与系统林福江教授刁盛锡副研究员二O一四年五月一日UniversityofScienceandTechnologyofChinaAdissertationforMaster’SdegreeTheResearchonLow-PowerFrequencySourceandItsApplicationsAuthor’SName：Speciality：GuangZhuCircuitsandSystemsSupervisor：Prof．

2、FujiangLinAssoc．Prof．ShengxiDiaoFinishedtime：May1们，2014中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：签字日期：‘趁乞纽班中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有

3、关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。口公开作者签名：抟嚣i乏导师签名：L：!旦匦幽!g!旦!!签字日期：羔目虹《。Z签字日期：2塑z幺』：丝摘要无线技术极大地方便了人们的生活，但人们对无线技术的需要却在不断的增长。对图像质量的要求促使芯片向高频高速推进，对移动设备待机时间的要求使得低功耗芯片尤为重要，对通信质量的要

4、求使得噪声成为电路设计的的巨大挑战，所以对射频芯片的研究重点在功耗、速率和噪声等方面。时钟源是射频系统中不可或缺的模块，其性能决定了通信的质量。在传统射频收发系统中，时钟源往往只起到载波作用，但随着对注入锁定技术研究工作的推进，直接在时钟源上实现信号调制已成为现实，并实现了高速率低功耗。本文分别对传统时钟源和基于注入锁定技术时钟源的应用进行了研究，并通过仿真或者测试结果进行了验证。压控振荡器(VoltageControlOscillator，VCO)是锁相环(PhaseLockLoop，PLL)结构的频率综合器中的重要模块，

5、其很大程度上决定了频率综合器的噪声、频率范围和功耗等性能，所以一个低功耗、低相位噪声的VCO是迫切需要的，同时也最具有挑战性。本文在基于65nmCMOS工艺设计20GHz宽带VCO的过程中采用了多种优化相位噪声和功耗的方法，测试结果显示在4．8mW核心功耗下实现了15％的调谐范围、．98dBc@1MHz的相位噪声，综合性能具有竞争力。频率综合器中电荷泵的(ChargePump，CP)的充放电流失配和非线性会造成参考杂散(ReferenceSpur)，恶化信道内的信噪比，所以设计高性能CP是非常重要的。本文重点研究了CP的电流

6、失配和馈通效应，并提出了改进的方法。通过负反馈技术，使得输出电流可以在较大输出电压范围内保持匹配；通过引入馈通电容，使得由于馈通效应导致的电流开启速度慢的问题得到了很大的改善。注入锁定振荡器(hljectionLockingOscillator，ILO)优异的噪声性能使其越来越受关注。本文设计了33GHz的注入锁定振荡器，对注入锁定技术存在的谐波杂散进行了分析，提出了通过调整注入信号宽度的方法进行谐波杂散抑制，同时不影响输出幅度，最终对谐波杂散的抑制达到40dB左右。仿真结果验证了理论分析。本文关于注入锁定技术的另一工作是首

7、次提出基于LC注入锁定技术的16QAM调制，并设计了QPSK／8PSK／16QAM低功耗发射机。仿真显示在发射机为16QAM调制时数据率达到60Mbps，能量效率为0．12nJ／bit，并具有较小的误差向量幅度(ErrorVectorMagnitude，EV／V1)。此发射机工作在ISM频段，其较高的传输速率和较低的功耗对于医学诊断有很大的应用前景，比如内窥镜胶囊等。关键字：压控振荡器电荷泵低功耗注入锁定谐波抑制16QAM发射器摘要IIAbstractWirelesscommunicationhasmadepeople’Sl

8、ifemoreconvenient，butcurrenttechnologystillcannotmeetthepeople’Srequirements．Forexample，highqualityimage，includingHDTV,drivestheICtowardshigh—spe