用于无线通信的分数分频锁相环频率综合器的研究与设计

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1、摘要本论文从无线通信的要求出发，首先简要回顾了用于无线通信的锁相环频率综合器的作用、应用背景和它的性能指标，简述了几种常见无线通信协议的指标要求，然后分析了频率综合器各个模块的电路设计。在此基础上，最后给出2个频率综合器的设计实例，它们都是为射频前端提供载波时钟，并且和接收机、发送机集成在一块芯片上。在电路设计上，本论文详述了压控振荡器相位噪声的理论，讨论了相应优化技术和设计流程，由于片上电感的品质因素严重制约了整个压控振荡器的性能，因此也讨论了片上电感设计时的考虑，并且单独设计了片上电感。环路滤波器

2、的参数很大程度上决定了锁相环的环路性能。这里给出了对它的快速简化分析。作为分数分频锁相环的一大特色，本文介绍了∑A调制器的特点、原理，及其在锁相环中的作用，比较了几种常见的∑A调制器的结构，最后选定单环∑△结构，并给出它的设计方法。在电路实现上，首先对包含2．4GHz整数分频频率综合器的射频前端芯片在0．18urnCMOS工艺下进行了流片验证。测试结果显示整个频率综合器仅消耗16mA电流，在4．4GHz测试端测到的相位噪声为频偏3MHz处有．119dBc／Hz，锁相环带内相噪是．55．8dBc／Hz，

3、除2后，相位噪声理论上会有6dB的改善，所有杂散均小于．45dBc。在此的基础上，接着设计了900MHz分数分频频率综合器，并在0．35urnCMOS工艺下流片，主要做了以下改进：加入∑A调制器实现分数分频功能，采用一种系数能用移位产生的简单高效的单环3阶3位量化∑△调制器结构，仿真结果表明它的带外噪声平坦、输出位宽窄，优于同阶级联三A结构；重新设计环路参数；压控振荡器只使用一个差分电感以节省面积；使鉴频鉴相器的延迟可控，电荷泵的电流可调。它与接收机、发送机，数字基带集成在一块芯片上，实现一个单芯片的

4、窄带无线通信解决方案。关键词分数分频频率综合器；锁相环；射频集成电路；无线通信；∑△调制器；压控振荡器；相位噪声；分频器呈呈查兰堡!：兰竺兰兰AbstractBasedontherequestofwirelesscommunication，thisthesisfirstreviewstheeffect，applicationbackgroundandperformancespecificationoffrequencysynthesizerforwirelesscommunication,andint

5、roducessomecommonspecificationsofwirelessstandards．Thenthecircuitdesignofmodulesoffrequencysynthesizerisanalyzed．AtlasttwodesigncaSeSaregiven，whichprovidecarriersignalstotheradio—frequencyfront··endandintegratedinonechipwithreceiverandtransmitter．Fromth

6、eviewofcircuitdesign，thisthesisanalyzesthetheoriesofphasenoiseofvoltagecontrolledoscillatorindetail，andtheoptimizingtechniquesanddesignflowaregiven．Sincethequalityfactoristhemainrestrictionoftheperformanceofvoltagecontrolledoscillator,thedesignaspectsof

7、on-chipinductorareconsideredanditisseparatelydesigned．Theparametersofloopfilterdeterminetheperformanceofphaselockedlooptoalargeextent．Ratherthansomecomplicatedanalyses，aquickdesignisprovided．Asthespecialfeatureoffractional—Nfrequencysynthesizer,thechara

8、cteristics，principlesofZAmodulatoranditseffectinphaselockedloopareintroduced．AftercomparingsomecommonstructuresofZ△modulator,singleloopstructureispreferredanditsdesignflowandconsiderationaregiven．Fromtheviewofcircuitrealization，a