宽带可重构全数字锁相环频率综合器研究与设计

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1、万方数据ResearchonRecon69urableWidebandFrequencySynthesizerbasedonAll-DigitalPhase—LockedLoopAThesisPresentedtotheAcademicFacultyByNiuYangyangInPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeMasterofPhilos叩hySupervisor：ProfLiWeiSchoolofMicroelectronicsFudanUniVersityMay11，20l3万方数据摘要摘要全数字锁相环和CM

2、OS工艺等比例缩小的趋势兼容，并表现出良好的可重构性，逐渐成为频率综合器研究领域的热点。本文首先从系统角度分析了全数字锁相环，建立了J域线性数学模型和相位噪声模型。讨论了环路参数设计、动态特性以及杂散。提出了一种环路捕获控制器，可以缩短全数字锁相环的锁定时间。文章详细论述了宽带可重构全数字锁相环频率综合器中的宽带数控振荡器、电流模二分频器、多路选择器、动态二分频器和自动频率校正电路的设计。本文的频率综合器系统架构要求数控振荡器覆盖2．5～5GHz频段，总调谐范围达到67％。通过采用2个子DCO的方案，将2．5．5GHz频段分成了2个子带，从而使得设计更合理可行。全数字自动频

3、率校『F基于可变相位累加器和时间．数字转换器，与模拟自动频率校正相比，工作速度更快。提出了一种可提高数控振荡器频率分辨率的新型变容管。该变容管由单个PMOS管或者NMOS管构成，利用了MOS管工作在线性区和饱和区时栅电容的差值来实现精细的电容调谐，在提高频率分辨率的同时并不引入额外的寄生电容。本文的设计使用TSMC0．13pmCMOS工艺。测试结果表明，DCO总频率调谐范围为2．4～5．25GHz，其中：HBDCO电路的调谐范围为3．44～5．25GHz，调谐百分比为41．6％；LBDC0电路的调谐范围为2．4～3．86GHz，调谐百分比为47．4％。产生的本振信号频率范围

4、是0．6～2．62GHz，1MHz频偏处的相位噪声小于．119．3dBc／Hz。在2．4GHz频率附近，所提出的变容管可以实现18．5kHz的频率分辨率。与传统反型变容管相比，本文提出的变容管可以将频率分辨率提高约50％。关键词：全数字锁相环，频率综合器，宽带，可重构，CMOS中图分类号：TN432万方数据ABSTRACTResearchaboutall-digitalphase-Iockedloop(ADPLL)isbecominganattractive‘。pic，becauseitisc。mpatiblewithscaling。fcMOstechn。l。gyandis

5、easilyreconfigurable．Firstly，linearmathematicalmode】systemleVel．Loopparameters，dynamicandphasenoisemodelareestablishedincharacterjstjcsandissuesofspursarealsodlscussed·AIooptrackingcontrollerisproposed，whichcanshonenthe10ckingtime．ulscusslonotclrcultsdesignispresentedindetail，includingwide

6、bandd泌tallvcontr0¨edoscillators(DCO)，current—modelogicdividers，multipIexer’dvnamicd1V1derandautomatlcf沱quencycalibration(AFC)．0scillatorscovering2．5～5GHzbaJldsaredesiredinthisfrequencysynthesizerarChitecture，withtotaltuningrangeof67％·ItisfeasibleandreasonabletoemploytwosubDCOs．Thea11一digta

7、lautomatic1requencycaIlbrationisbasedonVariablephaseacc啪ulatora11dtime．to．digitalconverter，whichworksfastercomparedwithanalogAFC．AnoVelVaractoruslngsin91ePMOSorNMOSisproposedtoreaIizefinertrequencyres01utlonwitboutanextrafixedcapacitance．Thevaractor“lizesthec印