高速宽带锁相环的相位噪声影响研究

介绍了一种高速宽带锁相环的架构设计和基本原理。设计了双压控振荡器结构,使得锁相环输出时钟信号的频率范围达到6.0~12.5 GHz。基于锁相环的线性模型,从理论上分析了各单元电路的相位噪声对总体输出相位噪声的影响。基于65 nm CMOS工艺,根据各单元电路相位噪声的典型数据,对锁相环的输出相位噪声和等效时钟抖动等参数进行了仿真。结果表明,电荷泵、输入参考时钟、分频器、压控振荡器对整体输出噪声的贡献分别为35.8%、30.3%、18.3%、14.6%,环路滤波器对相位噪声贡献很小。锁相环的整体仿真结果显示,在各种工艺角下,锁相环的输出时钟信号频率均可达到12.5 GHz,高频输出相位噪声带来的时钟抖动均小于1 ps。     

一种电流失配自适应补偿宽带锁相环设计

针对宽带自偏置锁相环(PLL)中存在严重的电荷泵电流失配问题,提出了一种电流失配自适应补偿自偏置锁相环。锁相环通过放大并提取参考时钟与反馈时钟的锁定相位误差脉冲,利用误差脉冲作为误差判决电路的控制时钟,通过逐次逼近方法自适应控制补偿电流的大小,逐渐减小鉴相误差,从而减小了锁相环输出时钟信号抖动。锁相环基于40 nm CMOS工艺进行设计,后仿真结果表明,当输出时钟频率为5 GHz时,电荷泵输出噪声从-115.7 dBc/Hz@1 MHz降低至-117.7 dBc/Hz@1 MHz,均方根抖动从4.6 ps降低至1.6 ps,峰峰值抖动从10.3 ps降低至4.7 ps。锁相环输出时钟频率为2～5 GHz时,补偿电路具有良好的补偿效果。     

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。     

一种自适应可重构宽带低抖动锁相环时钟

为满足不同速率的串行收发数据采样需求,基于可重构电荷泵阵列设计了一种低抖动宽带锁相环时钟。根据锁相环倍频系数,自适应匹配电荷泵阵列输出电流,实现了较宽频率变换的低抖动输出时钟。锁相环时钟采用40 nm CMOS工艺设计,面积为367.227*569.344μm²。测试结果表明,锁相环调谐范围为1～4 GHz,输出时钟均方根抖动为3.01 ps@1.25 GHz和3.98 ps@4 GHz,峰峰值抖动小于0.1UI。     

2-GHz CMOS锁相环时钟发生器研究与设计

采用包含预充电通路,自适应偏置的压控振荡器,设计了一种2-GHz锁相环时钟发生器,并用0.18μm混合信号CMOS工艺实现.分析了环路参数对锁相环输出噪声影响,并对环路参数进行优化.1.8V电源电压下2GHz时钟的rms抖动,peak-peak抖动的测试结果分别为7.27ps,37.5ps,功耗为42mW.     

1.244GHz 0.25μm CMOS低功耗锁相环

采用TSMC公司的标准0.25μm CMOS工艺,设计并实现了一个全集成的1.244GHz低功耗锁相环,提出了一种锁相环相位噪声的行为级模拟方法.锁相环的核心功耗仅为12mW,输出时钟信号均方抖动为6.1ps,单边带相位噪声在10kHz频偏处为-106dBc/Hz.     

1.244GHz 0.25μm CMOS低功耗锁相环

采用TSMC公司的标准0.25μm CMOS工艺,设计并实现了一个全集成的1.244GHz低功耗锁相环,提出了一种锁相环相位噪声的行为级模拟方法.锁相环的核心功耗仅为12mW,输出时钟信号均方抖动为6.1ps,单边带相位噪声在10kHz频偏处为-106dBc/Hz.     

一种从E1信号中提取时钟的全数字锁相环

提出了一种从 E1信号中提取时钟的全数字锁相环。采用半脉宽移动技术设计数控振荡器 (DCO) ,使输出时钟占空比的误差小于 4%。经实验证实 ,在输入信号的频率范围为 2 .0 4 8MHz± 90 ppm且抖动满足 ITU- T G.82 3的情况下 ,该电路完全可以用于从 E1信号中提取时钟。采用数字锁相环对系统集成大有好处。     

一种基于电荷泵锁相环的时钟调节电路设计

设计了一种基于电荷泵锁相环(PLL)的独特时钟调节电路,可调节时钟频率和延时,可纠正时钟偏斜,能够输出不同相位(0°,90°,180°,270°)锁定且低抖动的各种频率信号,锁相环可外部动态配置。该电路可应用于FPGA系统集成电路的时钟发生源电路中,能够提供非常灵活的时钟调节功能。仿真结果表明,该电路满足设计需求。     

用90nm CMOS数字工艺实现的低抖动时钟锁相环设计

用90nmCMOS数字工艺设计实现了一个低抖动的时钟锁相环.锁相环不需要"模拟"的电阻和电容,采用金属间的寄生电容作为环路滤波器的电容.测试结果显示,锁相环锁定在1.989GHz时的均方抖动为3.7977ps,周期峰峰值抖动为31.225ps,核心功耗约为9mW.锁相环可稳定输出的频率范围为125MHz到2.7GHz.     

用90nm CMOS数字工艺实现的低抖动时钟锁相环设计

用90nmCMOS数字工艺设计实现了一个低抖动的时钟锁相环.锁相环不需要"模拟"的电阻和电容,采用金属间的寄生电容作为环路滤波器的电容.测试结果显示,锁相环锁定在1.989GHz时的均方抖动为3.7977ps,周期峰峰值抖动为31.225ps,核心功耗约为9mW.锁相环可稳定输出的频率范围为125MHz到2.7GHz.     

一种基于自偏置技术的低抖动锁相环

设计了一种环路带宽与输入频率的比值固定的自偏置锁相环。对VCO延迟单元进行改进,降低了抖动。采用SMIC 65 nm CMOS工艺,在1.2 V的工作电压下对锁相环进行仿真,输出频率范围为0.5~3.125 GHz。仿真结果表明,在输出频率1.875 GHz处的峰峰值抖动为8.7 ps,电路的核心功耗为45 mW,相位噪声为-79.7 dBc/Hz。     

Jitter optimization based on phase-locked loop design parameters

This paper investigates the effects of varying phaselocked loop (PLL) design parameters on timing jitter. The noise due to voltage-controlled oscillator (WO), input clock and buffering clock are considered. First, a closed-form equations are derived that relate PLL output clock jitter to parameters of a second-order PLL, i.e., damping factor and bandwidth. Then the second-order analysis is extended to a third-order PLL with inherent feedback/sampling delay. The sensitivity study clearly illustrates how to select design parameters to obtain minimum output jitter. To verify the analysis experimentally, a digitally tunable PLL architecture is designed and fabricated that allows independent adjustment of loop parameters. The design not only demonstrates the agreement between analysis and theory, but also shows an architecture that minimizes jitter.     

Jitter Analysis and a Benchmarking Figure-of-Merit for Phase-Locked Loops

This brief analyzes the jitter as well as the power dissipation of phase-locked loops (PLLs). It aims at defining a benchmark figure-of-merit (FOM) that is compatible with the well-known FOM for oscillators but now extended to an entire PLL. The phase noise that is generated by the thermal noise in the oscillator and loop components is calculated. The power dissipation is estimated, focusing on the required dynamic power. The absolute PLL output jitter is calculated, and the optimum PLL bandwidth that gives minimum jitter is derived. It is shown that, with a steep enough input reference clock, this minimum jitter is independent of the reference frequency and output frequency for a given PLL power budget. Based on these insights, a benchmark FOM for PLL designs is proposed.      

一种低抖动、宽调节范围的带宽自适应CMOS锁相环

提出了一种低抖动、宽调节范围的带宽自适应CMOS锁相环.由于环路带宽可根据输入频率进行自动调节,电路性能可在整个工作频率范围内得到优化.为了进一步提高电路的抖动特性,在电荷泵电路中采用匹配技术,并在压控振荡器中应用电压-电压转换电路以减小压控振荡器的增益.芯片采用SMIC 0.35μm CMOS工艺加工.测试结果表明该锁相环电路可在200MHz～1.1GHz的输出频率范围内保持良好的抖动性能.     

一个简单鉴频鉴相器结构实现的快速锁定低抖动锁相环

用简单的鉴频鉴相器结构实现了一个快锁定低抖动的锁相环.鉴频鉴相器仅仅由两个异或门组成,它可以同时获得低抖动和快锁定的性能.锁相环中的电压控制振荡器由四级环形振荡器来实现,每级单元电路工作在相同的频率,并提供45°的相移.芯片用0.18μm CMOS工艺来实现.PLL输出的中心频率为5GHz,在偏离中心频率500kHz处,测量的相位噪声为-102.6dBc/Hz.锁相环的捕获范围为280MHz,RMS抖动为2.06ps.电源电压为1.8V时,功耗仅为21.6mW(不包括输出缓冲).     

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.