基于0.18μm RF CMOS工艺的ΔΣ小数频率合成器研究

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1、中文摘要本文基于CharteredSemiconductor0．18umRFCMOS工艺库，完成了一种AZ小数型频率合成器的设计。首先，分析了小数型频率合成器的原理，重点研究了MASH1．1．1和四位三阶结构两种AI：调制器的结构及其量化噪声特性。建立了频率合成器的系统级仿真模型，包括瞬态仿真模型、相位噪声分析模型、非线性分析模型等，重点分析了在电荷泵充放电电流存在失配情况下对AE调制器量化噪声的影响，为电路设计提供了重要的理论指导。在此基础上，依据项目指标要求确定了系统的主要参数和电路结构，并完成了电荷泵、压控振荡器、自动选带电路等模块的电路设计。电荷泵采用改

2、进型结构，提高了充放电电流的匹配度；压控振荡器采用开关电容阵列结构，提高了频率范围并有效减小了压控振荡器的增益，设计重点研究了尾电流源、二次谐波滤波等抑制相位噪声的电路结构。最后完成了频率合成器的版图设计、流片。完成了压控振荡器部分的电路测试分析，工作电流为5mA，900kHz偏移频率处相位噪声达到．120dBc／Hz，增益约为70MHz／V。关键词：小数频率合成器；△∑；电荷泵；压控振荡器；相位噪声ABSTRACTA△∑fractional—NfrequencysynthesizerbasedonCharteredSemiconductorO．181．tmRF

3、CMOSprocessispresented．Firstofa11．theprincipleof△∑fractional-Nfrequencysynthesizerisanalyzed．ThequantizationnoiseofMASH1．1．1and4-bit3rd．ordermodulatorisdiscussed．Systemlevelsimulationmodelsoffrequencysynthesizerarebuilt，includingtransientsimulmionmodel，phasenoiseanalysismodelandnonli

4、nearanalysismodel．Emphasisisputonthequantizationnoiseanalysisof△∑modulmorwhichcausedbythecurrentmismatchofchargepump．Thesystemlevelsimulationmodelsprovidetheoreticalguidelineforcircuitdesign．Onthebasisofmathematicmodelanalyzingandbehavioralsimulation，themainparametersandthestructureo

5、fthesystemareoptimized．Thechargepump，LCvoltage—controlledoscillatorandauto-calibrationcircuitaredesignedbasingontheprocess．Animprovedstructureofchargepumpisproposedtoreducethemismatchbetweenthechargingcurrentanddischargingcurrent．Switched-capacitorarrayisadoptedtoenlargethefrequencyr

6、angeandreducethegainoftheoscillator．Thetailcurrentsourceand2ridharmonicfilterareemployedtosuppressthephasenoise．Finally,thelayoutiscompletedandtapedout．Themeasurementsshowthatthecurrentconsumptionofthevoltage—controlledoscillatoris5mA，thephasenoiseis-120dBc／Hzattheoffsetfrequencyof90

7、0kHzandthegainofVCOiS70MHz～Keywords：fractional—Nfrequencysynthesizer；delta—sigma；chargepump；voltage—controlledoscillator；phasenoise独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的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得苤鲞盘茔或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意

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