433_915MHz频段电荷泵锁相环的设计

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1、学校代号10532学号S150700572分类号TN742.2密级公开硕士学位论文433/915MHz频段电荷泵锁相环的设计学位申请人姓名应韬培养单位物理与微电子科学学院导师姓名及职称陈迪平教授学科专业电子科学与技术研究方向模拟集成电路设计论文提交日期2018年5月13日学校代号:10532学号:S150700572密级:公开湖南大学硕士学位论文433/915MHz频段电荷泵锁相环的设计学位申请人姓名：应韬导师姓名及职称：陈迪平教授培养单位：物理与微电子科学学院专业名称：电子科学与技术论文提交日期：2018年5月13日论文答辩日期：2018年5月24日

2、答辩委员会主席：文双春教授TheDesignofChargePumpPhaseLockedLoopfor433/915MHzBandbyYINGTaoB.E.(HunanUniversity)2015AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftherequirementsforthedegreeofMasterofScienceinElectronicScienceandTechnologyintheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorProfessorCHENDipin

3、gMay,2018433/915MHz频段电荷泵锁相环的设计摘要得益于近十几年来半导体工艺和通信技术的迅猛发展，各种短距离无线通讯电子产品涌入现代社会生活中的方方面面。置于汽车中的胎压监测系统通过短距离无线传输技术，实时监控轮胎压力和温度等数据以确保车辆行驶安全。胎压监测系统的核心是射频前端无线收发芯片，而锁相环是射频芯片频率综合器中复杂度较大的关键组成模块，保证了信号频谱的纯度，其提供的本振信号质量直接决定整个系统通信性能。针对实际工程中所面临的成本和可靠度等要求的挑战，在湖南进芯电子科技有限公司射频项目支持下，本文主要对锁相环结构进行研究，完成一款

4、应用于射频芯片中支持433MHz和915MHz两个频段工作的电荷泵锁相环的设计。本文首先介绍射频前端无线收发芯片的结构和工作原理，然后由顶层开始自上而下，根据相关理论逐步分析电荷泵锁相环结构，讨论环路中频率、噪声特性和非理想效应等，按照项目要求设计环路参数并将各电路模块具体化实现。为满足高信号分辨率，设计三个不同锁相环路联合工作；结合数字控制模块，在传统电路基础上设计新型LC压控振荡器和环形振荡器，改善其频率特性、降低噪声、提高线性度和增大频率调谐范围；在传统二分频器结构基础上，设计新型高频满摆幅输出的电流模逻辑高速二分频器；依据环路锁定时间和指标要求

5、设计并优化无源三阶环路滤波器、电荷泵和鉴频鉴相器等电路模块。基于SMIC0.18μm1P4M标准CMOS工艺，在Linux系统下通过Cadence软件完成电路设计，采用Virtuoso工具进行版图设计，在Calibre工具中提取电路寄生参数，并利用SpectreRF模型完成锁相环路的后仿真。后仿真结果显示：环路锁定时间约为80μs，跳频后重新锁定所需时间约为55μs，当锁相环路工作于433MHz频段时，调谐范围为721.348~1025.82MHz，在调谐范围内相位噪声约为-80dBc/Hz@1MHz，频率分辨率为55.55kHz，环路消耗总静态电流约

6、为18.4mA；当锁相环路工作于915MHz频段时，调谐范围为1700.764~2237.508MHz，在调谐范围内相位噪声约为-117dBc/Hz@1MHz，频率分辨率为52.6kHz，环路消耗总静态电流约为20.7mA。仿真结果表明，该设计满足系统要求，测试结果验证了该设计的合理性。关键词：电荷泵锁相环；LC压控振荡器；环形振荡器；高速二分频器；相位噪声II硕士学位论文AbstractThankstotherapiddevelopmentofsemiconductortechnologyandcommunicationtechnologyinthe

7、pastdecade,variousshort-rangewirelesscommunicationelectronicproductshavepouredintoallaspectsofmodernsociety.TheTirePressureMonitoringSystem,whichisplacedincars,monitorsthetirepressureandtemperatureinreal-timethroughshort-rangewirelesstransmissiontechnologytoensurevehiclesafety.T

8、hecoreoftheTirePressureMonitoringSystemistherad