Σ-Δ调制器MASH 模型的结构寄生研究

Σ-Δ调制小数分频频率合成器利用噪声成型技术,将量化噪声的频谱搬移到频率高端,借助锁相环路的低通特性对这种高频噪声进行抑制,不但实现了锁相环输出频率的精细步进,而且解决了小数分频存在的尾数调制问题。然而,作为有限状态机,特定输入情形下会形成特有的杂散谱,即Σ-Δ调制器的结构寄生。介绍了Σ-Δ调制器MASH模型的结构寄生,详细推导了1 阶、2 阶和3 阶MASH 模型的输出序列长度关系式,揭示了序列长度与输入数值和累加器初始值密切关系,获得了避免极短序列长度的有效方法,有效消除了结构寄生,为高性能Σ-Δ调制小数分频频率合成器的设计提供了理论依据。分析方法也适合其它新型调制器结构寄生的分析,具有重要意义。     

Σ-Δ调制技术在小数分频器中的应用

小数分频技术解决了锁相环频率合成器中鉴相频率和输出频率分辨率的矛盾。但一般的小数分频技术引入了严重的小数杂散问题。因为Δ-Σ调制技术对噪声具有整形的作用,把Σ-Δ调制技术应用在小数分频频率合成器中,与传统的PLL(锁相环)频率合成器相比具有明显的优越性,他可以提供很宽的频率范围、极高的频率分辨率、较低的单边带相位噪声以及良好的杂散性能。     

小数分频技术及其在卫星通信中的应用

简要介绍了小数分频技术的发展、应用和分类,通过探讨基于Σ-Δ调制技术的小数分频锁相环电路的原理,分析了由该锁相环构成的频率合成器的输出相位噪声和输出杂散,在此基础上提出了一种应用于卫星通信的小数分频频率合成器拓扑电路,并重点对其输出杂散进行了分析。通过采用AD4252锁相环芯片,VCO输出加固定分频的拓扑形式,较好地解决了小数分频输出杂散较大的缺点,设计结果得到了测试验证。     

基于Σ-Δ调制技术的小数分频锁相环的应用

介绍了基于Σ-Δ调制技术的小数分频的锁相环是怎样降低输出杂散的。正是因为基于Σ-Δ调制技术的小数分频与传统小数分频相比具有较低的输出杂散,应用前景广阔。通过实例分析说明在设计频率综合器时,采用小数分频替代整数分频,以达到改善相位噪声的目的。为了实现小步进,通常采用DDS+PLL,在对频率转换时间要求不高的情况,也可以用小数分频来替代。     

一种LFSR加抖的三阶Σ-Δ调制器设计

基于一款小数频率合成器的设计要求,采用三阶MASH1-1-1结构设计了一种全数字三阶Σ-Δ调制器,并针对调制器输出的周期性难以消除的问题,在累加器的进位输入端口进行了LFSR加抖。使用MATLAB对三阶Σ-Δ调制器进行了仿真,结果表明,经过MASH1-1-1三阶Σ-Δ调制器整形后的量化噪声被推到频率高端,环路带宽内基本不存在小数分频产生的量化噪声,从而有效地提高了锁相环的性能。     

Σ-Δ调制器应用于小数分频锁相环的仿真

介绍了Σ-Δ调制器小数分频的原理及其在锁相环中的作用。该方法比传统小数分频方法具有低相噪、锁定时间快、频率分辨率高等优点。论述了Σ-Δ调制器在锁相环中应用,并且用Simulink进行了仿真,得到了非常好的分频结果。     

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。     

一种单环Δ-Σ调制器的全数字实现

针对无线人体局域网(WBAN),采用TSMC 0.18μm CMOS工艺,对3阶单环结构Δ-Σ调制器进行了优化设计和全数字实现。实验结果表明,在Δ-Σ调制器中使用Qn方法实现对浮点小数的定点化,优化后的结构能够在运算精度、器件尺寸及功耗上达到平衡。该研究工作可以为实现全数字小数锁相环提供重要的理论及设计参考。     

一种单环Δ-Σ调制器的全数字实现

针对无线人体局域网(WBAN),采用TSMC 0.18 μm CMOS工艺,对3阶单环结构Δ-Σ调制器进行了优化设计和全数字实现。实验结果表明,在Δ-Σ调制器中使用Qn方法实现对浮点小数的定点化,优化后的结构能够在运算精度、器件尺寸及功耗上达到平衡。该研究工作可以为实现全数字小数锁相环提供重要的理论及设计参考。     

一种宽动态范围低失配的电荷泵

采用TSMC 0.18 μm混合CMOS工艺,设计了一种应用在GNSS接收机中低杂散锁相环(PLL)的宽动态范围低失配电荷泵。分析了电荷泵非理想因素和压控振荡器(VCO)调谐增益对参考杂散的影响,发现提高电荷泵电流匹配精度和减小VCO调谐增益均可有效抑制锁相环的参考杂散。采用加负反馈的源极开关型电荷泵,以实现电荷泵充放电电流的精确匹配。利用电荷泵输出电压来控制运算放大器的不同输出支路,以拓宽电荷泵的输出电压动态范围,从而降低PLL输出频率范围对VCO调谐增益的要求。仿真结果表明,当电源电压为1.8 V、电荷泵电流为100 μA时,可以实现充放电电流精确匹配,输出电压范围达到0.02~1.78 V,参考杂散为-66.3 dBc。