单光子探测盖革雪崩焦平面用低抖动多相位时钟电路设计

针对单光子探测盖革雪崩焦平面读出电路应用,基于全局共享延迟锁相环和2维H型时钟树网络,该文设计一款低抖动多相位时钟电路.延迟锁相环采用8相位压控延迟链、双边沿触发型鉴相器和启动-复位模块,引入差分电荷泵结构,减小充放电流失配,降低时钟抖动.采用H时钟树结构,减小大规模电路芯片传输路径不对称引起的相位差异,确保多路分相时钟等延迟到达像素单元.采用0.18 mm CMOS工艺流片,测试结果表明,延迟锁相环锁定频率范围150～400 MHz.锁定范围内,相位噪声低于–127 dBc/Hz@1 MHz,时钟RMS抖动低于2.5 ps,静态相位误差低于65 ps.     

单光子探测盖革雪崩焦平面用低抖动多相位时钟电路设计

针对单光子探测盖革雪崩焦平面读出电路应用,基于全局共享延迟锁相环和2维H型时钟树网络,该文设计一款低抖动多相位时钟电路。延迟锁相环采用8相位压控延迟链、双边沿触发型鉴相器和启动-复位模块,引入差分电荷泵结构,减小充放电流失配,降低时钟抖动。采用H时钟树结构,减小大规模电路芯片传输路径不对称引起的相位差异,确保多路分相时钟等延迟到达像素单元。采用0.18 μm CMOS工艺流片,测试结果表明,延迟锁相环锁定频率范围150～400 MHz。锁定范围内,相位噪声低于–127 dBc/Hz@1 MHz,时钟RMS抖动低于2.5 ps,静态相位误差低于65 ps。     

一种应用于HDMI接收端的宽频带锁相环设计

基于110 nm CMOS工艺设计了一种应用于HDMI接收端电路的宽频带低抖动锁相环。采用一种改进型双环结构电荷泵,在25～250 MHz的宽输入频率范围内实现了快速锁定。通过高相噪性能的伪差分环形振荡器产生了调谐范围为125 MHz～1.25 GHz的时钟信号。仿真实验结果表明,该锁相环的锁定时间小于1.2μs,在振荡器工作频率为0.8 GHz时,其相位噪声为-100.0 dBc/Hz@1 MHz,输出时钟峰峰值抖动为4.49 ps。     

一种-62.3 dBc参考杂散6 GHz低功耗锁相环

采用高匹配电荷泵电路和高精度自动频率校准(AFC)电路,设计了一种低功耗低参考杂散电荷泵锁相环。锁相环包括D触发鉴频鉴相器、5 bit数字可编程调频LC压控振荡器(VCO)、16～400可编程分频器和AFC模块。采用高匹配电荷泵,通过增大电流镜输出阻抗的方法,减少电荷泵充放电失配。同时,AFC电路采用频段预选快速搜索方法,实现了低压控增益LC VCO精确频带锁定,扩展了振荡频率范围,且保持了较低的锁相环输出参考杂散。锁相环基于40 nm CMOS工艺设计,电源电压为1.1 V。仿真结果表明,电压匹配范围为0.19～0.88 V,振荡频率范围为5.9～6.4 GHz,功率小于6.5 mW@6 GHz,最大电流失配小于0.2%@75μA;当输出信号频率为6 GHz时,输出相位噪声为-113.3 dBc/Hz@1 MHz,参考杂散为-62.3 dBc。     

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。     

一种低抖动电荷泵锁相环的设计

采用动态鉴频鉴相器、基于常数跨导轨到轨运算放大器的电荷泵、差分型环形压控振荡器,设计了一种低抖动的电荷泵锁相环。基于SMIC 0.18-μm CMOS工艺,利用Cadence软件完成了电路的设计与仿真。结果表明,动态的鉴频鉴相器,有效消除了死区。新型的电荷泵结构,在输出电压为0.5 V~1.5 V时将电流失配减小到了2%以下。压控振荡器在频率为1 MHz时输出的相位噪声为-94.87 dB在1 MHz,调谐范围为0.8 GHz~1.8 GHz。锁相环锁定后输出电压波动为2.45 mV,输出时钟的峰峰值抖动为12.5 ps。     

用于图像传感器的自调节加速补偿锁相环设计

设计了一款用于高速图像传感器的可自调节、加速补偿CMOS电荷泵锁相环电路,通过在传统锁相环电路拓扑中,附加"双模式"逻辑时控的、低功耗加速充电补偿模块,实现了锁定时间与功耗的双重优化.基于180 nm/1.8 V CMOS工艺完成锁相环的电路设计和性能仿真,结果表明,基于所提出的加速补偿方案,改进后的锁相环可有效满足图像传感器对低功耗、高速、高频和低噪声输出特性的需求.在输入频率为1 GHz的参考信号时,压控振荡器可达到0.55～2.82 GHz,即2.27 GHz的频率范围,相位噪声为-98.149 dBc/Hz@1 MHz,锁定时间缩短至5.2μs,整体功耗仅为1.98 mW,同时输出的抖动噪声可低至2.81 μV/√Hz@1 MHz,多个性能指标优于所对比的同类锁相环电路.     

低抖动时钟锁相环设计

采用SMIC0.13μm CMOS工艺,设计实现了一个基于自偏置技术的低抖动时钟锁相环。锁相环核心功耗约为8.4～16.8mW,可稳定输出的频率范围为25MHz～2.4GHz,测试结果显示,锁相环锁定在1.36GHz时输出时钟的均方抖动为2.82ps,周期峰峰值抖动为21.34ps。     

一种10GHz 0.13µm CMOS 低杂散低抖动锁相环

介绍了一种10 GHz低杂散、低抖动锁相环电路。利用改进的压控振荡器和具有较小延迟复位时间动态鉴频鉴相器有效降低锁相环相位噪声,同时讨论了高频分频器噪声以及电荷泵电流失配的优化方法。电路采用中芯国际0.13µm 1.2V射频CMOS工艺实现。测量结果表明,锁相环RMS抖动为757 fs (1KHz到10MHz); 在10 kHz、1 MHz频偏处的相位噪声分别为-89与-118.1dBc/Hz;参考频率杂散低于-77dBc。芯片面积0.32 mm2,功耗30.6mW。     

用于高能物理实验电子读出芯片的低噪声锁相环芯片设计

基于TSMC 180 nm工艺设计并流片测试了一款用于高能物理实验的电子读出系统的低噪声、低功耗锁相环芯片。该芯片主要由鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器、压控振荡器和分频器等子模块组成,在锁相环电荷泵模块中,使用共源共栅电流镜结构精准镜像电流以减小电流失配和用运放钳位电压进一步减小相位噪声。测试结果表明,该锁相环芯片在1.8 V电源电压、输入50 MHz参考时钟条件下,可稳定输出200 MHz的差分时钟信号,时钟均方根抖动为2.26 ps(0.45 mUI),相位噪声在1 MHz频偏处为-105.83 dBc/Hz。芯片整体功耗实测为23.4 mW,锁相环核心功耗为2.02 mW。     

一种自适应带宽低抖动PLL设计

设计了一种宽调节范围自适应带宽的低抖动锁相环倍频器(PLL)。通过采用自偏置技术,使得电荷泵电流和运算放大器的输出阻抗随工作频率成比例变化,从而使阻尼因子保持固定、环路带宽跟随输入参考频率自动调整,以及PLL在整个输出频率范围内保持最佳的抖动性能。电路采用SMIC 0.18 μm CMOS工艺进行设计,后仿真验证表明,该PLL电路能够在0.35~2.1 GHz的输出频率范围内输出良好的低抖动信号,输出频率为2.1 GHz时,均方根抖动为2.47 ps。     

2.125～3.125GHz高速CMOS锁相环电路设计

针对数模混合结构的电荷泵锁相环电路,建立了系统的数学模型,确定了电荷泵锁相环的系统参数,提出一种能够有效消除时钟馈通、电荷注入等非理想特性影响,并具有良好电流匹配特性的电荷泵电路,以及一种中心频率可调的压控振荡器电路。电路采用SMIC 0.18μm CMOS工艺模型,使用Spectre进行仿真。结果显示,整个锁相环系统的功耗约为40 mW,输出时钟信号峰-峰值抖动为21 ps@2.5 GHz,单边带相位噪声在5 MHz频偏处为-105 dBc/Hz。     

基于40 nm CMOS工艺的电荷泵锁相环设计

本文基于SMIC40nmCMOS工艺,设计了一款输入频率范围25～20MHz,输出频率范围2.4～4GHz的电荷泵锁相环(CPPLL).介绍了电荷泵锁相环的整体电路框架,叙述了各子模块电路的设计、仿真验证与整体电路的设计与仿真验证,重点介绍压控振荡器的设计与仿真优化.版图后仿真结果表明,电荷泵电流失配在直流情况下达到0.3％@0.4-1.3 V;压控振荡器的输出频率范围为0.3～4 GHz、在输出频率1 MHz时相位噪声为-93.4 dB@1MHz、锁定时间为1 μs、绝对抖动为1 ps、典型值时的功耗为30 mW、面积为300×300 μm.     

2.4GHz频率综合器中低杂散锁相环的设计

在带电荷泵的锁相环频率综合器中,设计低杂散锁相环的关键是减少鉴频鉴相器和电荷泵的非理想特性以及提高压控振荡器的性能.采用TSMC 0.18 μm CMOS工艺,设计了一种改进型锁相环电路.仿真结果显示,在1.8V基准电压供电时,电荷泵电流在0.3～1.6V电压范围内匹配度小于1μA,电流失配率小于0.2％,压控振荡器在中心频率2.4 GHz频偏1 MHz时的相位噪声为-124.3 dBc/Hz@1 MHz,环路参考杂散降为-60 dBm.     

单片UHF RFID阅读器中频率综合器的研究

根据EPC global C1G2射频协议要求以及我国的射频识别协议草案,提出了一种应用于860～960 MHz UHF波段单片射频识别(RFID)阅读器的3阶Ⅱ型电荷泵锁相环(CPPLL)频率综合器,其输入参考频率为250 kHz.电路采用MOSlS IBM 0.18μm RF/MM CMOS工艺,仿真结果表明:锁相环输出频率范围为760 MHz～1.12 GHz,锁相环输出频率为900 MHz时,相位噪声为-113.1 dBc/Hz@250 kHz,-120.4 dBc/Hz@500 kHz.电源电压3.3 V,消耗总电流9.4 mA.     

一种应用于阵列TDC的低抖动锁相环设计

传统的PLL（Phase Locked Loop）电路受限于环路参数的选定,其相位噪声与抖动特性已经难以满足大阵列、高精度TDC（Time-to-Digital Converter）的应用需求.本文致力于PLL环路带宽的优化选取,采取TSMC 0.35μm CMOS工艺实现了一款应用于TDC的具有低抖动、低噪声特性的锁相环（Phase Locked Loop,PLL）电路,芯片面积约为0.745mm×0.368mm.实际测试结果表明,在外部信号源输入15.625MHz时钟信号的条件下,PLL输出频率可锁定在250.0007MHz,频率偏差为0.7kHz,输出时钟占空比为51.59%,相位噪声为114.66dBc/Hz@1MHz,均方根抖动为4.3ps,峰峰值抖动为32.2ps.锁相环的相位噪声显著降低,输出时钟的抖动特性明显优化,可满足高精度阵列TDC的应用需要.     

一种高速低噪声时钟扇出器的设计

面向多通道超高速数据采集设备对高性能分配器的需求,提出了一种低抖动、低延迟、高稳定性的射频时钟扇出器结构。两组输入时钟端口可供选择,内部采用无运放结构的带隙基准电路,提供精确偏置电压,最高支持10路LVPECL电平输出。端口采用优化的斜边叉指型二极管ESD保护结构,提升电路的ESD保护性能。该时钟扇出器电路基于180nm SiGe工艺设计流片。经测试,3.3V电源电压条件下,最高工作频率5GHz;在122.08MHz载频下,测得附加相位噪声为-128.09dBc/Hz@10Hz、-160.75dBc/Hz@1MHz,从10kHz到20MHz积分,附加抖动为21fs RMS;常温25℃下测得,最大输出通道间偏斜为30ps,传输延迟80ps;ESD保护电压为4500V。     

一个用0.13um CMOS工艺实现的4224兆赫兹低抖动的锁相环

本文利用0.13um CMOS工艺实现了一个工作频率为4224兆赫兹的锁相环。 通过采用动态鉴频鉴相器缩短延时复位脉冲来最小化电荷泵引入的噪声。文中分析了电荷泵的动态失配问题。通过平衡开关信号的负载,电荷泵实现了好的动态匹配特性。本文还设计了输入端负载平衡的高速的分频器来提高锁相环的带内噪声性能。该4224MHz锁相环在10 kHz以及 1 MHz频偏处的相位噪声分别为 -94 dBc/Hz 和 -114.4 dBc/Hz。时钟抖动的均方根值为0.57ps(从100Hz到100MHz范围积分)并且使用二阶低通滤波器的参考频率杂散为 -63 dB。     

3 GHz低杂散锁相环中的低失配电荷泵

基于SMIC 40 nm CMOS工艺,提出了一种改进型电荷泵电路。在传统电荷泵锁相环中,电荷泵存在较大的电流失配,导致锁相环产生参考杂散,使锁相环输出噪声性能恶化。设计的电荷泵电路在电流源处引入反馈,降低了电流失配。仿真结果表明,在供电电压为1.1 V,电荷泵充放电电流为0.1 mA,输出电压在0.3~0.7 V范围变化时,电荷泵的电流失配率小于0.83 %,锁相环的输出参考杂散为-65.5 dBc。     

一种低杂散的小数分频锁相环

基于0.18 μm CMOS工艺,设计了一种锁定频率范围在1.8~2.4 GHz的电荷泵锁相环。采用高性能的鉴频鉴相器、电荷泵以及三阶Σ-Δ调制器,减小了输出时钟的参考杂散。在Σ-Δ调制器中引入线性反馈移位寄存器(LFSR),生成伪随机序列,进一步降低了小数杂散。仿真结果表明,在0.3~1.5 V输出电压范围内,锁相环的电流失配比仅为0.1%,小数杂散为-50 dBc @1 MHz。