基于TSPC的4/5双模前置分频器设计

针对无线传感网络对射频电路高速、低功耗方面日益增长的性能要求,设计了一款用于高频锁相环中的高速、低功耗4/5双模前置分频器。在分析真单相时钟(TSPC)电路工作原理的基础上,指出了该电路结构存在的两个主要缺点,并结合器件工艺和物理给出了相应的版图优化解决方法。然后,采用SMIC 0.18μm标准CMOS工艺,设计了一款基于这种改进后的真单相时钟电路的集成4/5双模前置分频器。在版图优化设计后利用Cadence Spectre进行了后仿真验证,结果表明,在直流电源电压1.8 V时,该4/5双模前置分频器的最高工作频率可达到3.4 GHz,总功耗仅有0.80 mW。该4/5双模前置分频器的最低输入幅值为0.2 V时,工作频率范围为20 MHz~2.5 GHz,能够满足面向无线传感网络应用的锁相环(PLL)的高速、低功耗性能要求。     

带有自适应频率校准单元的26~41 GHz锁相环

采用45 nm SOI CMOS工艺,设计了一种带有自适应频率校准单元的26~41 GHz 锁相环。该锁相环包括输入缓冲器、鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器、压控振荡器、高速时钟选通器、分频器和频率数字校准单元。采用了基于双LC-VCO的整数分频锁相环,使用了自适应频率选择的数字校准算法,使得锁相环能在不同参考时钟下自适应地调整工作频率范围。仿真结果表明,该锁相环的输出频率能够连续覆盖26~41 GHz。输出频率为26 GHz时,相位噪声为-103 dBc/Hz@10 MHz,功耗为34.64 mW。输出频率为41 GHz时,相位噪声为-96 dBc/Hz@10 MHz,功耗为35.44 mW。     

6GHz新型高速低功耗分频器

高速数字分频器在基于锁相环的时钟产生电路中具有广泛的应用．在典型D触发器的基础上,文中提出了一种可响应6GHz输入时钟的改进型二分频结构,并实现了2-256连续分频的新型吞脉冲多模分频器．新型分频器结构简单并且不需要双模预分频单元,功耗和面积开销大幅度的降低．基于65rimCMOS工艺设计实现了该高速分频器,版图后仿真结果表明,分频器功能正确,且工作于6GHz时功耗不大于1．3mW．     

应用于26 GHz-41 GHz频率综合器的高速可编程分频器的设计

毫米波频率综合器中的重要模块之一高速可编程多模分频器,它主要用于对VCO的输出信号进行分频从而获得稳定的本振信号,它的性能影响整个毫米波频率综合器性能。本文设计的一种高速、低功耗、分频比可变的分频器具有非常重要的意义[1]。根据26 GHz-41 GHz硅基锁相环频率综合器的系统指标,本文基于TSMC 45nm CMOS工艺,设计实现了一种高速可编程分频器。本文采用注入锁定结构分频结构实现高速预分频,该结构可以实现在0 d Bm的输入功率下实现25 GHz-48 GHz的分频范围、最低功耗为:2.6 m W。基于脉冲吞咽计数器的可编程分频器由8/9双模分频器和可编程脉冲吞咽计数器组成。其中8/9双模分频器由同步4/5分频器和异步二分频构成,工作频率范围10 GHz-27 GHz,最低输入幅度为:300 m V,最低功耗为:1.6 m V。可编程吞咽计数器采用改进型带置数功能的TSPC D触发器,该可编程分频器的最大工作范围:25 GHz;最小功耗为:363μW。本文设计的高速可编程多模分频器,可以实现32-2 062的分频比;当工作于28 GHz时,相位噪声小于-159 dBc/Hz。动态功耗为5.2 m W。     

一种采用交错耦合VCO和高速前置分频器的频率合成器

文章提出了一种采用延迟单元交错耦合压控振荡器（VCO）和高速双系数前置分频器的锁相环（PLL）频率合成器设计方法。采用0．25μm的CMOS工艺模型,在Cadence环境下模拟,在相同级数情况下,设计获得的VCD比传统顺序连接的VCO速度快1．4倍;运用动态D触发器实现的双系数前置分频器,最高速度可达2GHz。该锁相环频率合成器在400MHz-1.1GHz的宽频范围内都能保持良好的相位跟踪特性,温度系数为886ppm/℃,电源反射比为3．3％／V。     

一种可编程的2.4GHz CMOS多模分频器

采用0.35μm CMOS工艺设计并实现了一种多模分频器.该多模分频器由一个除4或5的预分频器和一个除128～255多模分频器在同一芯片上连接而成;在电路设计中,分析了预分频器功耗和速度之间的折中关系,根据每级单元电路的输入频率不同对128～255多模分频器采用了功耗优化技术;对整个芯片的输入输出PAD进行了ESD保护设计;该分频器在单端信号输入情况下可以工作到2.4GHz,在差分信号输入下可以工作到2.6GHz以上;在3.3V电源电压下,双模预分频器的工作电流为11mA,多模分频器的工作电流为17mA;不包括PAD的芯片核心区域面积为0.65mm×0.3mm.该可编程多模分频器可以用于2.4GHz ISM频段锁相环式频率综合器.     

用于12.5Gbit/s SerDes系统锁相环倍频器设计

采用0.18μm CMOS工艺设计了一款6.25 GHz锁相环倍频器,该倍频器适用于12.5 Gbit/s半速率复接的串行器/解串器(SerDes)发射系统。该锁相环倍频器不仅为SerDes发射系统提供6.25 GHz的时钟,也为系统提供1.25 GHz占空比1∶4的时钟。设计中鉴频鉴相器采用真单相时钟(TSPC)触发器,电荷泵采用电流舵结构,压控振荡器采用三级双延时环路结构,20分频器中的高速五分频采用源极耦合场效应晶体管逻辑(SCFL)触发器、低速四分频采用TSPC触发器。电路芯片面积为0.492 mm×0.668 mm。测试结果显示,锁相环的锁定范围为4.78～6.6 GHz,在1.8 V电源电压下核心电路的功耗为67.5 mW。当锁相环工作在6.25 GHz时,10 MHz频偏处相位噪声为-98.5 dBc/Hz,峰峰抖动为15 ps,均方根(RMS)抖动为3.5 ps。     

一种可编程的2.4GHz CMOS多模分频器

采用0.35μm CMOS工艺设计并实现了一种多模分频器.该多模分频器由一个除4或5的预分频器和一个除128～255多模分频器在同一芯片上连接而成;在电路设计中,分析了预分频器功耗和速度之间的折中关系,根据每级单元电路的输入频率不同对128～255多模分频器采用了功耗优化技术;对整个芯片的输入输出PAD进行了ESD保护设计;该分频器在单端信号输入情况下可以工作到2.4GHz,在差分信号输入下可以工作到2.6GHz以上;在3.3V电源电压下,双模预分频器的工作电流为11mA,多模分频器的工作电流为17mA;不包括PAD的芯片核心区域面积为0.65mm×0.3mm.该可编程多模分频器可以用于2.4GHz ISM频段锁相环式频率综合器.     

W波段InGaAs/InP动态二分频器

采用fT=214 GHz,fmax=193 GHz的InGaAs/InP异质结双极型晶体管工艺,设计了一款基于时钟驱动型反相器的动态二分频器.该分频器工作频段为60 ～ 100 GHz,但由于测试系统上限频率的限制,只能测出62 ～ 83 GHz的工作范围.在-4.2V和-5.2 V的单电源直流偏置下该分频器的功耗分别为596.4 mW、1060.8 mW.此分频器的成功制作对于工作在W波段锁相环的构建有较大的意义.     

基于0.18μm CMOS工艺的ZigBee分频器设计

为了降低ZigBee分频器的能量消耗,提出一种适用于2.45 GHz频率的超低功率COMS分频器,可以用于2.45 GHz整数分频锁相环频率合成器中,适用于ZigBee标准网络。提出的分频器在吞脉冲分频器的基础上,通过一个简单的数字电路取代吞咽计数器,从而降低了功率消耗和设计复杂性。该分频器的模量可以在481~496之间调整。所有的电路设计都基于0.16μm的TSMC CMOS技术,使用1.8 V直流电压供电。仿真结果显示,在2.45 GHz ISM频段中4 b分频器的功耗为420μW,相比之前类似分频器减少了40%。     

一种新的高频泛音晶体振荡器温度补偿方法

提出了一种新的高频泛音晶体振荡器温度补偿的方法,它能克服了目前泛音晶振温补中均采用加电感和倍频的方法带来的稳定度下降和相噪恶化的缺点。该系统利用低频陶瓷振荡器的输出频率通过混频对高次泛音石英晶振进行温度补偿。系统采用微机控制开关电容阵,有利于集成。初步补偿结果表明,利用本文提出的补偿方法进行补偿的100MHz五次泛音石英晶体振荡器在0～70℃温度范围内频率-温度稳定性≤±2×10-6。     

用于免疫微传感器的CMOS微弱电流读出电路

分析了传感器微电极产生信号的特点,阐述了读出电路的工作原理和设计要点,采用电流转换为时间的方法实现了弱信号的读出,最小可测量1pA的直流。电流,量程达5个数量级,相对误差小于0．1。并且系统自带10位数字信号输出,避免了使用AD转换器带来的功率和空间的消耗。系统采用Chartered 0．35um标准CMOS工艺流片。     

A Low‐Spur CMOS PLL Using Differential Compensation Scheme

This paper proposes LC voltage‐controlled oscillator (VCO) phase‐locked loop (PLL) and ring‐VCO PLL topologies with low‐phase noise. Differential control loops are used for the PLL locking through a symmetrical transformer‐resonator or bilaterally controlled varactor pair. A differential compensation mechanism suppresses out‐band spurious tones. The prototypes of the proposed PLL are implemented in a CMOS 65‐nm or 45‐nm process. The measured results of the LC‐VCO PLL show operation frequencies of 3.5 GHz to 5.6 GHz, a phase noise of –118 dBc/Hz at a 1 MHz offset, and a spur rejection of 66 dBc, while dissipating 3.2 mA at a 1 V supply. The ring‐VCO PLL shows a phase noise of –95 dBc/Hz at a 1 MHz offset, operation frequencies of 1.2 GHz to 2.04 GHz, and a spur rejection of 59 dBc, while dissipating 5.4 mA at a 1.1 V supply.     

一种宽带低相噪频率合成器的设计方法研究

提出了一种宽带低相噪频率合成器的设计方法.采用了数字锁相技术,该锁相技术主要由锁相环（phase locked loop,PLL）芯片、有源环路滤波器、宽带压控振荡器和外置宽带分频器等构成,实现了10~20 GHz范围内任意频率输出,具有输出频率宽、相位噪声低、集成度高、功耗低和成本低等优点.最后对该PLL电路杂散抑制和相位噪声的指标进行了测试,测试结果表明该PLL输出10 GHz时相位噪声优于-109 dBc/Hz@1 kHz,该指标与直接式频率合成器实现的指标相当.     

A multiple-pass ring oscillator based dual-loop phase-locked loop

A dual-loop phase-locked loop (PLL) for wideband operation is proposed. The dual-loop architecture combines a coarse-tuning loop with a fine-tuning one, enabling a wide tuning range and low voltage-controlled oscillator (VCO) gain without poisoning phase noise and reference spur suppression performance. An analysis of the phase noise and reference spur of the dual-loop PLL is emphasized. A novel multiple-pass ring VCO is designed for the dual-loop application. It utilizes both voltage-control and current-control simultaneously in the delay cell. The PLL is fabricated in Jazz 0.18-μm RF CMOS technology. The measured tuning range is from 4.2 to 5.9 GHz. It achieves a low phase noise of-99 dBc/Hz @ 1 MHz offset from a 5.5 GHz carrier.     

基于电感电容振荡器的电荷泵锁相环的设计

设计并实现了一种采用电感电容振荡器的电荷泵锁相环,分析了锁相环中鉴频/鉴相器(PFD)、电荷泵(CP)、环路滤波器(LP)、电感电容压控振荡器(VCO)的电路结构和设计考虑。锁相环芯片采用0.13μm MS&RF CMOS工艺制造。测试结果表明,锁相环锁定的频率为5.6～6.9 GHz。在6.25 GHz时,参考杂散为-51.57 dBc;1 MHz频偏处相位噪声为-98.35 dBc/Hz;10 MHz频偏处相位噪声为-120.3 dBc/Hz;在1.2 V/3.3 V电源电压下,锁相环的功耗为51.6 mW。芯片总面积为1.334 mm2。     

Oscillator stability and phase noise reduction in phase lockedactive microstrip patch antenna

A phase locked loop (PLL) method for controlling a 4 GHz active patch antenna was investigated in order to both frequency stabilise the oscillator and to reduce the phase noise; both these aims were achieved by optimising the PLL parameters. Experimental results showed that a phase noise reduction of up to 26 dB was realised     

10 Gbit/s GaAs 跨阻前置放大器

GaAs基pHEMT工艺适合于制作10Gbit／s速率的高速前置放大器电路。完成了工作于10Gbit／s速率的跨阻前置放大器电路的器件设计、电路设计,电路采用了串联电感L技术,有效地提高了工作带宽。模拟工作带宽达到9．0GHz,跨阻增益达到58dBt2。电路采用0．2pmGaAs基pHEMT电子束直写T型栅工艺制作。对制作的电路进行了电测试,可工作于10Gbit／s的速率。     

1.2 GHz CMOS全集成锁相环的设计

在分析影响锁相环性能的各种因素的基础上,采用相应的优化方法设计了一款全集成的1．2GHz LC锁相环。详细介绍了该锁相环中各模块电路（包括LC型压控振荡器,预分频器,分频器,鉴频／鉴相器,含有带隙基准电流源的电荷泵以及片上无源滤波器等）的设计,并且给出了仿真结果。该锁相环采用SMIC0．18μm RF CMOS工艺设计实现,其中无源滤波器也集成在片上,实现了完全片上集成。