电荷泵锁相环频率合成器的设计

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1、电荷泵锁相环频率合成器的设计摘要近十几年来，无线通信技术和微电子技术得到了蓬勃发展，对CMOS射频通信系统的研究方兴未艾。锁相环频率合成器(PLLFS)在现代通信和信息处理中扮演着最为关键的角色，是无线射频系统前端的一个关键部件。快速锁定、低相位噪声与毛刺以及全集成的锁相环频率合成器设计始终是现代无线通信系统的～个挑战。在各种锁相环电路中，电荷泵锁相环具有快速鉴频、捕获频率范围广、零锁定相位误差、高速、低功耗等优点，是目前比较流行的锁相环实现方式。本文论述了电荷泵锁相环频率合成器的工作原理，在分析常规电荷泵锁相环高噪声高抖动的基础上，提出相应的改进方法，从而实现较稳定的频率

2、输出、较小的锁定时间和较好的相位噪声表现；设计高精度电流镜为电流控制模式的压控振荡器提供较稳定的电流，实现压控振荡器的增益线性度高，随环境温度、电源电压等因素的变化影响较小，满足锁相环频率稳定的需要；分析电荷泵的失配原因，提出有效的解决方法。关键词：电荷泵锁相环，锁相环频率合成器，鉴频鉴相器，低通滤波器，压控振荡器DesignofCP-—PLLFrequencySynthesizersAbstractWirelesscommunicationtechnologyandMicroelectronicstechnologyhasbcenboomingforoveradecade

3、．TheresearchinCMOSradiofrequency(RF)communicationsystemistremendous．ThePLLfrequencysynthesizerplaysthemostimportantrollinmoderncommunicationandmessageprocessingandisakeycomponentinRFfront．Thedesignoffullyintegrated，fastlock—inPLLfrequencysynthesizerswithlownoise／spursisanever-lastingchalle

4、ngeinmodernwirelesscommunicationsystems．AmongallkindsofcircuitsofPLL，CP—PLLhastheadvantagesoffastfrequencydetector,acquisitionwidefrequencyregion，zerolockedphaseerror,highspeed，lowpower,andisthepopularwayofrealizingPLLn0W．．ThispaperdescribestheoperatingtheoryofCP-PLLsynthesizer,andputsthew

5、aysofimprovingitonthebasisofanalyzinghighnoiseandhi曲jittertorealizethestableoutputoffrequency，lesslock-intimeandbetterphasenoise．AndthispaperdesignshighaccuracycurrentmirrorascurrentmodeVCOtoprovidethestablecurrent，realizehighlinearityofVCOgainwhichhasfewchangesbythechangeoftemperatureandv

6、oltageandsatisfytheneedofstablefrequencyofPLL．Inaddition，thispaperanalyzesthereasonofmismatchandputstheeffectivewaytosolveit．Keywords：Chargepumpphase-lockedloop(CPPLL)，Phase-lockedloopfrequencysynthesizer(PLLFS)，Phasefrequencydetector(PFD)，Lowpassfilter(LPF)，Voltagecontrolledoscillator(VCO

7、)插图清单图1．1模拟频率合成法原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2图1．2锁相环路频率合成法原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3图1．3直接数字频率合成法原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3图1-4DDFS／PLLFS混合频率合成法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4图1．5理想的正弦波频谱⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5图1．6控振荡器输出频率的时域图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7图1-7控振荡器输出频率的频域图⋯⋯⋯⋯⋯