低相位噪声和低参考杂散CMOS锁相环的优化设计与实现

基于Simulink建立的CMOS电荷泵锁相环的动态模型,对电荷泵锁相环的环路参数与环路稳定性的关系进行了仿真与分析,根据分析结果确定了4GHz锁相环的环路参数,并围绕低相位噪声和低参考杂散设计了锁相环各单元电路结构。该锁相环采用SMIC 0.18m CMOS工艺进行了流片,芯片面积为675μm×700μm。测试的VCO在控制电压为0.3~1.5V时,振荡频率为3.98~4.3GHz;当分频比为1036,参考信号频率为4MHz,锁定状态下锁相环的相位噪声测量值为-120.5dBc/Hz@100kHz及-127.5dBc/Hz@1MHz;电路参考杂散约为-70dB,整体性能优良。     

带宽稳定的低压锁相环

基于UMC 0.18/μm混合信号工艺,设计实现了一种具有稳定带宽的低压低功耗电荷泵型锁相环电路,参考频率32.768 kHz,输出频率范围1～50 MHz,主要为音频A/D提供采样时钟.分析了锁相环环路带宽,给出了一种稳定环路带宽的简易方法.采用低电源电压1 V,克服了低压设计的一些难点.仿真结果表明,输出频率24.576 NHz(512倍48 kHz采样)时,压控振荡器(VCO)相位噪声为-109 dBc/Hz@1 MHz补偿,总功耗180μW.初步测试结果显示,系统输出正确的频率范围.     

CPT铷原子钟锁相环频率合成器设计和分析

基于CPT(相干布局囚禁)87铷原子钟设计出输出频率为3417 MHz的锁相环频率合成器,通过ADIsimPLL仿真出最佳环路带宽,环路滤波器参数以及相位噪声等,并通过STM32对锁相环芯片进行控制。对频率合成器进行了测试,电路尺寸为40 mm×40 mm,输出信号功率范围为-4 dBm^+5 dBm可调,输出信号噪声满足要求-88.65 dBc/Hz@1 kHz,-92.31 dBc/Hz@10 kHz,-104.63 dBc/Hz@100 kHz,杂散和谐波得到抑制,设计的频率合成器能很好的应用于原子钟的射频信号源。     

用于数字电视调谐器的宽带CMOS VCO设计

采用片外谐振网络和多VCO的结构设计了一个宽带CMOS VCO,并采用一种新型的电荷泵式自动幅度控制电路,确保了VCO在整个带宽内的可靠性。基于Chartered 0.25μm CMOS工艺的测试结果表明,该VCO的频率能够覆盖75~900 MHz,单边带相位噪声最佳值达到了-92 dBc/Hz@10 kHz。     

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。     

宽带低相位噪声锁相环型频率合成器的CMOS实现

用0.25μm标准CMOS工艺实现了单次变频数字有线电视调谐器中的频率合成器.它集成了频率合成器中除LC调谐网络和有源滤波器外的其他模块.采用I2C控制三个波段的VCO相互切换,片内自动幅度控制电路和用于提升调谐电压的片外三阶有源滤波器,实现VCO的宽范围稳定输出.改进逻辑结构的双模16/17预分频器提高了电路工作速度.基于环路的行为级模型,对环路参数设计及环路性能评估进行了深入的讨论.流片测试结果表明,该频率合成器的锁定范围为75～830MHz,全波段内在偏离中心频率10kHz处的相位噪声可以达到-90.46dBc/Hz,100kHz处的相位噪声为-115dBc/Hz,参考频率附近杂散小于-90dBc.     

宽带低相位噪声锁相环型频率合成器的CMOS实现

用0.25μm标准CMOS工艺实现了单次变频数字有线电视调谐器中的频率合成器.它集成了频率合成器中除LC调谐网络和有源滤波器外的其他模块.采用I2C控制三个波段的VCO相互切换,片内自动幅度控制电路和用于提升调谐电压的片外三阶有源滤波器,实现VCO的宽范围稳定输出.改进逻辑结构的双模16/17预分频器提高了电路工作速度.基于环路的行为级模型,对环路参数设计及环路性能评估进行了深入的讨论.流片测试结果表明,该频率合成器的锁定范围为75～830MHz,全波段内在偏离中心频率10kHz处的相位噪声可以达到-90.46dBc/Hz,100kHz处的相位噪声为-115dBc/Hz,参考频率附近杂散小于-90dBc.     

一种低噪声全差分电荷泵型锁相环的实现

采用HHGrace 180 nm CMOS工艺实现了一款低噪声全差分电荷泵型锁相环,可为物理层芯片提供精确且稳定的时钟信号。鉴频鉴相器和分频器采用电流模逻辑电路构成基本单元,提高了锁相环的工作速度;设计了一种改进型差分电荷泵,引入共模反馈使电荷泵输出电压的静态工作点更加稳定,提高了锁相环的相位噪声性能。测试结果表明,该锁相环功耗小于24 mW,芯片面积为510μm×620μm,锁定时间小于2.5μs,相位噪声为-108 dBc/Hz@100 kHz、-113 dBc/Hz@1 MHz。     

数字电视调谐器中低噪声LC VCO的设计

给出了基于0.25μm CMOS工艺的数字电视调谐芯片中宽带低噪声LC VCO的设计,通过对VCO谐振网络的优化设计,显著抑制了flick噪声对相位噪声的影响,使三个波段的VCO的相位噪声有了明显改善,文中重点讨论了中波段VCO谐振网络的设计方法并给出中波段的相位噪声的仿真和测试结果。结果显示在中波段偏移中心频率10k处的相噪能改善5~10dBc,整个中波段相位噪声低于-85dBc/Hz@10kHz,频率覆盖190~530MHz。     

低相位噪声VCO的设计

设计了一个用于移动通信中继站的低相位噪声压控振荡器(VCO)。该VCO采用了考皮兹结构,谐振器使用LC器件,放大器件使用双极结型晶体管(BJT)。其频率调动范围为730～840 MHz,压控灵敏度为22 MHz/V,输出功率为10.7 dBm。在800 MHz中心频率处,其实测相位噪声分别为-99.42 dBc/Hz@10 kHz,-116.44 dBc/Hz@100 kHz,-135.06 dBc/Hz@1 MHz。提出了一种采用基极低频滤波的办法消除VCO的杂散频率,整个测试频段内观察不到明显的杂散。阐述了VCO相位噪声的主要来源,给出了低噪声VCO的设计方法。理论计算,仿真结果和实物测试取得了一致的结论,对低噪声VCO的设计提供了一定的参考。     

宽带低相噪CMOS LC VCO的设计

设计了一款宽带CMOSLCVCO,在分析VCO相位噪声来源的基础上,对VCO进行了结构优化和噪声滤除,并采用了开关电容阵列以增加带宽。电路采用0.18μmCMOS射频工艺进行流片验证,芯片面积为0.4mm×1mm。测试结果显示:芯片的工作频率为3.34～4.17GHz,中心频率为4.02GHz时输出功率是-9.11dBm,相位噪声为-120dBc/Hz@1MHz,在1.8V工作电压下的功耗为10mW。     

一种降低频率合成器相位噪声的高增益电荷泵

设计了一款低噪声高增益电荷泵,主要用于低相位噪声的频率合成器.在传统的电流转向型电荷泵结构中增加了非镜像结构的低噪声电流源单元,使电荷泵的输出电流呈比例增加,降低电荷泵对频率合成器输出相位噪声的贡献,以进一步降低频率合成器的相位噪声.采用0.18 μm SiGe BiCMOS工艺进行了设计仿真和流片验证.测试结果表明:频率合成器工作在频率为10 GHz时,电荷泵中高增益低噪声电流源关闭和开启情况下,锁相环相位噪声分别为-106.1 dBc/Hz@10 kHz和-108.68 dBc/Hz@10 kHz.实现了通过开启电荷泵中高增益低噪声电流源使锁相环输出相位噪声下降约3 dB的目标.     

一种快速捕获、带宽可调的锁相环电路

设计实现了一个快速捕获,带宽可调的电荷泵型锁相环电路。采用了一种利用状态机拓展鉴频鉴相器检测范围的方法,加快了环路的锁定;通过SPI总线实现电荷泵电流配置和调整VCO延时单元的延迟时间,优化了电路性能。芯片采用中芯国际0.18μmCMOS工艺,测试结果表明,锁相环锁定在100MHz时的抖动均方值为24ps,偏离中心频率1MHz处的相位噪声为-98.62dBc/Hz。     

一种应用于DVB调谐器中的2-2.4-GHz分数频率综合器设计

摘要—本文设计了一个应用在DVB 调谐器中的分数频率综合器。详细比较了全差分频率综合器和单端调谐频率综合器的传输函数。在此基础上设计了频率综合器的环路参数。除此之外详细描述了全差分电荷泵的实现方式,并提出了改进的开关以提高电荷泵的线性度。设计了同步8/9 预分频器并讨论了设计细节。频率综合器环路带100 kHz,参考杂散小于-63 dBc。在1 MHz 频偏处相位噪声小于-110 dBc/Hz。100 Hz-100 MHz均方根积分噪声在整数分频模式小于0.7度。在分数分频模式小于1度。本文所涉及到的频率综合器在SMIC 0.18-μm CMOS 工艺下流片实现,电源电压为1.8-V,电流消耗为10 mA,面积为1-mm2。     

一种简易微波VCO的设计*

描述了一种高性能简易微波VCO器件的设计和实验。该器件基于负阻原理设计,利用微波FET和变容二极管等分立元件制作,具有高性价比的特点。设计过程中利用ADS软件进行电路的匹配和优化,通过合适的外电路设计对变容二极管VCO的调频线性度进行改善,同时,降低了VCO的相位噪声。实际电路的测试结果表明,当该VCO的中心频率为4.3GHz时,其调谐范围大于200MHz,输出功率大于5.2dBm,相位噪声优于-112dBc/Hz@1MHz和-83dBc/Hz@100kHz。     

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.     

Band Ⅲ锁相环型频率综合器的实现

使用0.18μm 1.8V CMOS工艺实现了Band Ⅲ频率综合器,除压控振荡器(VCO)的调谐电感和锁相环路的无源滤波器外,其他模块都集成在芯片中.使用SPI总线实现VCO子频带的选择、电荷泵和VCO工作电流的配置等功能,使用改进的频带切换电路加快了频带切换.测试结果表明该频率综合器工作时的总功耗为34mW,提供的频率范围为143～271MHz;波段Ⅲ内偏离中心频率10kHz处的相位噪声低于-83dBc/Hz,100kHz处的相位噪声低于-104dBc/Hz,参考频率附近杂散低于-70dBc;与普通频带切换电路相比使用新的频带切换电路明显节省了频带切换时间.     

ADF4111在锁相式频率源中的应用

为了得到射频接收机中稳定的频率源,设计了一种以ADF4111为核心的锁相式频率源,采用单片机进行控制。介绍了锁相环芯片ADF4111的基本结构、工作原理及其编程控制过程,同时介绍了环路滤波器和压控振荡器的设计。测试表明该频率源的工作频率为754 MHz～764MHz,频率步进为100kHz,相位噪声优于-90dBc/Hz@10kHz、-110 dBc/Hz@100kHz,输出功率为6dBm。     

Band III锁相环型频率综合器的实现

使用0.18μm 1.8V CMOS工艺实现了Band Ⅲ频率综合器,除压控振荡器(VCO)的调谐电感和锁相环路的无源滤波器外,其他模块都集成在芯片中.使用SPI总线实现VCO子频带的选择、电荷泵和VCO工作电流的配置等功能,使用改进的频带切换电路加快了频带切换.测试结果表明该频率综合器工作时的总功耗为34mW,提供的频率范围为143～271MHz;波段Ⅲ内偏离中心频率10kHz处的相位噪声低于-83dBc/Hz,100kHz处的相位噪声低于-104dBc/Hz,参考频率附近杂散低于-70dBc;与普通频带切换电路相比使用新的频带切换电路明显节省了频带切换时间.     

一种高性能全差分双环路VCO的设计

设计了一种基于SMIC 0.18μm RF 1P6MCMOS工艺的高性能全差分环形压控振荡器(ring-VCO),采用双环连接方式,并运用交叉耦合正反馈来提高性能。在1.8V电源电压下对电路进行仿真,结果表明:1)中心频率为500MHz的环形VCO频率调谐范围为341～658MHz,增益最大值Kvco为-278.8MHz/V,谐振在500MHz下VCO的相位噪声为-104dBc/Hz@1MHz,功耗为22mW;2)中心频率为2.5GHz的环形VCO频率调谐范围为2.27～2.79GHz,增益最大值Kvco为-514.6MHz/V,谐振在2.5GHz下VCO的相位噪声为-98dBc/Hz@1MHz,功耗为32mW。该VCO适用于低压电路、高精度锁相环等。