数字电视调谐器中鉴频鉴相器和电荷泵的研究和设计

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1、摘要伴随着科技的突飞猛进，锁相技术的理论研究和实际应用出现了蓬勃发展的局面。由于电视机高频调谐器的本机振荡器是由Lc振荡电路所组成的，存在很多的缺点。所以要采用锁相环(Phase—LockedLoop，PLL)技术对本机振荡器的输出波形进行自动跟踪、控制，使得系统具有较高的稳定度及较宽的频率调节范围。由锁相环组成的频率合成器一般由本振、固定分频器、可编程分频器、鉴相器和低通滤波器构成，其中鉴相器是由鉴频鉴相器和电荷泵组成的数字式鉴相器。本文仅对鉴频鉴相器和电荷泵进行深入分析与研究，提出一种高性能的电路结构，并对两者的版图进行了设计。其主要内容如下：论文首先介绍锁

2、相环的基本原理。系统阐述锁相环的工作原理，分析锁相环路的主要性能，通过对电荷泵锁相环的介绍深入分析鉴相器、电荷泵对系统性能的影响。具体而言，鉴相器作为高度非线性的器件，它对系统的影响主要表现在两个方面：一是输入信号的泄漏，二是对输入增加噪声；电荷泵对系统性能的影响主要是由于电荷泵的非理想性造成的，表现为其漏电流和不匹配对杂散水平的影响，从而说明设计高性能鉴相器、电荷泵的重要意义。鉴频鉴相器最突出的作用是它能显著的加快锁相环的速度，增大锁相环的捕获范围。论文通过对国内外各种PFD电路结构性能的综合分析与比较，采用三态鉴相器的结构，并对传统的三态鉴相器进行改进：这里

3、的D触发器是由动态D触发器改进的，通过将输入与输出路径缩短的方法，使速度得到提高；通过在反馈回路增加延时的方法来消除鉴相器存在鉴相死区的问题；在输出端增加延时单元与互补传输门，从而得到稳定、延时时间相同的输出信号。电荷泵的主要功能是将鉴频鉴相器输出的数字信号Up和Down转换成连续的模拟信号。通过对各种类型适用情况的分析与比较，选用差分输入单端输出的正反馈互补型结构，这种结构是从一种新型的采用电流控制技术的电荷泵结构改进得到的。给出正反馈互补型电荷泵电路的仿真结果，从瞬态分析可以看出，不管是上控还是下拉的电流都很稳定，输出电压也很稳定，没有电压跳变；两且由于电路

4、采用正反馈技术，使得电荷泵充放电所需要的时间缩短。数字电视调谐器中鉴频鉴相器与电荷泵的研究与设计最后，介绍版图设计的流程与CMOS基本工艺；重点分析版图设计所应注意的问题，并且给出一些预防和解决上述问题的措施；基于鉴频鉴相器与电荷泵的电路结构及性能要求，对其版图进行设计。关键词：锁相环；鉴频鉴相器；电荷泵；噪声ⅡAbstractWiththetremendousdevelopmentoftechnology，thetheoryresearchandapplicationofphaselocktechniquetrendtobevigorouslydevelope

5、d．AsthelocaloscillatorofT、rhigh—frequencytunerisformedbyLCoscillatingcircuits，therearemanyproblems，suchaseasiertocreatefrequencydrift，theheavyofharmonicradiationandbadtraceperformance，andsoon．Toresolvetheseproblems，thePhase—lockedloop(PLL)technologycommonlyisusedinthesystem,whichcanc

6、ontrolandautomatictrackingtotheoutputwaveformsofthelocaloscillatorandcanmakethesystemhigherstabilityandwidefrequencytuningrange．ThefrequencysynthesizercomposedbyPLLgenerallyincludeslocaloscillator,fixedfrequencydivider，programmablefrequencydivider，phasedetector,andlow-passfilter．Inth

7、issystem,thephasedetectorismadeupofphase—frequencydetectorandchargepump，whicharetoberesearchedandanalyzeddeeplyinthisthesis．Inaddition，thepaperappliesastructureofahigh—performancecircuit，andaffordsthelayoutdesigns．Themaincontentsareasfollows．Firstly,thebasicprincipleOfPI工isintroduced

8、inthisthesis