小数型频率合成器-毕业答辩-兰金保.ppt

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1、一种2.4GHzDelta-Sigma小数型频率合成器的研究导师：来逢昌学生：兰金保2009.06.29毕业答辩报告内容课题背景和意义课题设计目标和设计方法频率合成器的系统级分析与建模全数字△∑调制器锁相环电路自动频率粗调电路频率合成器的整体性能评估课题总结课题背景和意义WiMAXWLANWPANGlobalWMANGPS,北斗GSM/GPRSWLANBlueToothUWBHomeRFRFIDCDMAZigBee我们身处无线通信的时代…TD-SCDMAWCDMA2.4GHz附近频段内的通信标准：802.11b/g,BlueToot

2、h,ISM2.4GHz,DECT,ZigBee课题背景和意义频率合成器为无线收发机提供本振信号时域频域课题背景和意义基于锁相环的整数型频率合成器基于锁相环的△∑小数型频率合成器缺点：最小频率步长固定为Fref的整数倍，频率切换速度慢。优点：最小频率步长可以任意小，频率切换速度较快。（为了保证环路稳定，PLL的环路带宽≤Fref/10）报告内容课题背景和意义课题设计目标和设计方法频率合成器的系统级分析与建模全数字△∑调制器锁相环电路自动频率粗调电路频率合成器的整体性能评估课题总结课题设计目标性能参数预期设计指标调频范围2.4-2.5G

3、HzI/Q两路正交输出最小频率步长≤1kHz频率切换时间≤150µs带内相位噪声≤-70dBc/Hz带外相位噪声≤-110dBc/Hz@1MHz频率偏移杂散≤-70dBc功耗≤10mW基于TSMC0.13µmRFCMOS工艺课题设计方法△∑小数型频率合成器是一个复杂的数模混合系统CadenceAMS混合信号集成电路设计平台支持VerilogHDL、Verilog-A、Verilog-AMS和真实电路的混合仿真。合理的设计方法可以提高设计效率和成功率！报告内容课题背景和意义课题设计目标和设计方法频率合成器的系统级分析与建模全数字△∑调

4、制器锁相环电路自动频率粗调电路频率合成器的整体性能评估课题总结相位域小信号分析模型对整个频率合成器系统进行线性时不变连续时间小信号近似，可得：开环传输函数：闭环传输函数：环路带宽fc和相位裕度φm的定义：环路所需的锁定时间：此模型的作用：1、评估锁相环的稳定性；2、根据锁定时间要求设计合适的环路带宽和相位裕度；3、根据环路带宽和相位裕度要求设计各电路模块的参数。相位噪声分析与建模各电路模块的噪声都被定义为该电路模块的输出噪声且假设各噪声源之间互不相关。△∑小数型频率合成器的输出相位噪声功率谱密度为：----式(2-13)此模型的作用

5、：1、评估系统的相位噪声性能；2、根据系统的相位噪声指标确定合适的环路带宽；3、根据系统的相位噪声指标确定各电路模块的噪声指标。相位噪声分析与建模△∑小数型频率合成器的相位噪声分析评估方法----式(2-12)换算关系：行为级混合信号仿真模型VCO和多模分频器合并在同一个模块中以加快仿真速度；各电路模块的行为级模型都是参数化的。此模型的作用：1、快速地进行系统级仿真验证；2、充当模块电路的评估验证平台。报告内容课题背景和意义课题设计目标和设计方法频率合成器的系统级分析与建模全数字△∑调制器锁相环电路自动频率粗调电路频率合成器的整体性

6、能评估课题总结全数字△∑调制器全数字一阶△∑调制器(x=0.537,m=17,clk=20MHz)调制器输出序列的功率谱假设累加器数据位宽为m,将其用作一阶△∑调制器时，缺点：其输出序列存在很强的周期性，引起明显的分数杂散。全数字△∑调制器LFSR加抖的MASH1-1-1△∑调制器（m=17）△∑调制引起的量化相位误差序列：式(2-12)△∑调制引起的量化相位噪声调制器输出序列的功率谱采用流水线结构以提高工作频率报告内容课题背景和意义课题设计目标和设计方法频率合成器的系统级分析与建模全数字△∑调制器锁相环电路自动频率粗调电路频率合成

7、器的整体性能评估课题总结锁相环电路△∑小数型频率合成器的核心部分仍是一个锁相环非线性PFD能根据相位误差的大小自动调整环路带宽，从而可加快锁相环的锁定速度。锁相环电路—PFDPFD与电荷泵的组合传输特性非线性PFD的KPFD+CP的平均倍增量：锁相环电路—PFD特点：没有显式的AND门，没有增加消耗的晶体管数量。加速效果锁相环电路—电荷泵传统的源极开关型电荷泵静态匹配特性保持不变采用动态匹配特性改进技术的源极开关型电荷泵动态匹配特性改善明显锁相环电路—电荷泵电荷泵失配对Vctrl的影响电荷泵与PFD组合后的传输特性动态匹配改进的电荷

8、泵与PFD组合后输出的噪声电流PPFD+CP=0.12mW@Fref=20MHz锁相环电路—参考电流源温度相关性电源电压相关性锁相环电路—VCO相位噪声调频特性曲线族瞬态起振波形Vpp≈750mVKvco=115-135MHz/V-1