一种新型的全片内低噪声CMOS低压差线性稳压器

提出了一种全片内集成的低噪声CMOS低压差线性稳压器(LDO).首先建立传统LDO的噪声模型,分析了关键噪声来源并提出采用低噪声参考电压源来降低LDO输出噪声的方法.其次,提出一种带数字校正的基于阈值电压的低噪声参考电压源,用TSMC 0.18μm RF CMOS工艺设计并完成了为低相位噪声锁相环(PLL)电路供电的全片内集成低噪声LDO的流片和测试.该LDO被集成于高性能射频接收器芯片中.仿真结果表明,LDO的输出噪声低于26nV/√Hz@100kHz,14nV/√Hz@1MHz,电源抑制比达到-40dB@1MHz,全频率范围内低于-34dB.测试结果表明采用该低噪声LDO的PLL电路与采用传统LDO的PLL电路相比,其相位噪声降低6dBc@lkHz,低2dBc@200kHz.     

一种应用于低噪声PLL的RF-VCO设计

在PLL电路设计中,压控振荡器设计是电路的关键模块,按类型又主要分为LC震荡器和环形振荡器两种,其性能直接决定了相位噪声、频率稳定度及覆盖范围。文章介绍了一款1.8 GHz的基于交叉耦合对LC结构的低噪声CMOS压控振荡器的设计,并对调谐范围、相位噪声以及电路起振条件等做了分析讨论。该设计采用0.18μm 6层金属CMOS工艺制造,模块面积为0.3 mm2,电路经过Cadence SpectreRF仿真,VCO的输出范围为1 594~2 023 MHz,中心频率1.8 GHz输出时相位噪声为-118 dBc/Hz@600 kHz,1.9 GHz输出时相位噪声为-121 dBc/Hz@600 kHz。结果表明该VCO设计达到了较宽的频率覆盖范围和较低的相位噪声,可以满足低噪声PLL的设计要求。     

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.     

一种用于CMOS图像传感器的锁相环设计

设计了一种用于CMOS图像传感器时钟产生的电荷泵锁相环(CPPLL)电路.基于0.18μm CMOS工艺,系统采用常规鉴频鉴相器、电流型电荷泵、二阶无源阻抗型低通滤波器、差分环形压控振荡器以及真单相时钟结构分频器与CMOS图像传感器片内集成.系统电路结构简洁实用、功耗低,满足CMOS图像传感器对锁相环低功耗、低噪声、输出频率高及稳定的要求.在输入参考频率为5 MHz时,压控振荡器(VOC)输出频率范围为40～217 MHz,系统锁定频率为160MHz,锁定时间为16.6μs,功耗为2.5 mW,环路带宽为567 kHz,相位裕度为57°,相位噪声为一105 dBc/Hz@1 MHz.     

用于RFID阅读器的低噪声高电源抑制比LDO

基于0.18 μm CMOS工艺,提出了一种为UHF RFID阅读器中VCO供电的低噪声、高电源抑制比LDO。根据LDO的基本结构,对噪声和电源抑制比进行了分析。采用两级结构,通过预调制级和低通滤波器来降低输出噪声,采用电源负反馈结构为带隙基准电路提供独立电源,并在功率输出级增加减法电路来提高电源抑制比。仿真结果表明,该LDO在100 kHz和1 MHz处的输出噪声分别为26 nV/Hz1/2和6.7 nV/Hz1/2,10 kHz和1 MHz处的PSRR分别为-82 dB和-71.6 dB。在3.3 V电源电压供电时,LDO消耗的静态电流为300 μA。     

单片UHF RFID阅读器中VCO及其预分频器设计

提出了一种应用于860～960 MHz UHF波段单片射频识别(RFID)阅读器的低相位噪声CMOS压控振荡器(VCO)及其预分频电路.VCO采用LC互补交叉耦合结构,利用对称滤波技术改善相位噪声性能,预分频电路采用注入锁定技术,用环形振荡结构获得了较宽的频率锁定范围.电路采用UMC 0.18 μm CMOS工艺实现,测试结果表明:VCO输出信号频率范围为1.283～2.557 GHz,预分频电路的频率锁定范围为66.35%,输出四相正交信号.芯片面积约为1 mm×1 mm,当PLL输出信号频率为895.5 MHz时,测得其相位噪声为-132.25 dBc/Hz@3 MHz,电源电压3.3 V时,电路消耗总电流为8 mA.     

一种具有低噪声高电源抑制的LDO电路设计

设计了一种基于28 nm CMOS工艺的低噪声高电源抑制LDO电路。采用折叠共源共栅结构设计了高输出阻抗、高增益误差的放大器,降低了电源噪声对输出端的影响。采用共源共栅密勒补偿结构,保证电路在负载处于轻载/重载下保持较高的相位裕度,增强了环路稳定性。误差放大器输入端采用降噪模块电路,降低了噪声对整体LDO电路的影响。基于Cadence Spectre进行仿真分析的结果表明,在1.9 V电源电压下,负载由轻载10 mA突变为重载60 mA时,环路增益为77.6～91 dB,相位裕度达到76°～79°。在中间负载电流30 mA下,对电源抑制(PSR)和噪声进行了仿真。结果表明,电源抑制为-81.9 dB,低频噪声(1 kHz)为258 nV·Hz^-1/2。对LDO整体电路进行了版图设计和后仿比对。结果表明,环路增益为83.2 dB,相位裕度为78°,PSR为-78.3 dB,低频噪声(1 kHz)为283 nV·Hz^-1/2。     

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.     

一种自适应低相位噪声相参时钟源的设计

通过锁相环电路(PLL),不仅将外部系统提供的具有高频率准确度但相位噪声较差的主时钟信号转化为高频率准确度、低相位噪声的内部时钟信号,同时也满足了内外部系统的相参要求。通过仿真和测试,重点分析了锁相环电路中环路滤波器的环路带宽对输出信号相位噪声的影响。测试结果显示,当环路带宽为100 Hz时,锁相环的输出信号在偏离载波1 kHz处的相位噪声与其内部振荡器在此处的相位噪声基本一致;而当环路带宽为500 Hz时,输出信号在偏离载波1 kHz处的相位噪声会由于环路影响,相比内部振荡器产生8 dB左右的恶化。设计所得时钟源在输出100 MHz信号时,其相位噪声优于-147 dBc/Hz@1 kHz,相比外部参考时钟信号改善了12 dB,并且其频率准确度可达1×10-9。     

用于434/868MHz FSK/OOK CMOS发射机的锁相环设计

一种可输出434/868MHz信号的Σ-Δ分数分频锁相环在0.35μmCMOS工艺中集成。该发射机系统采用直接调制锁相环分频比的方式实现FSK调制,OOK的调制则通过功率预放大器的开-关实现。为了降低芯片的成本和功耗,发射机采用了电流数字可控的压控振荡器(VCO),以及片上双端-单端转换电路,并对分频器的功耗设计进行研究。经测试表明,锁相环在868MHz载波频偏为10kHz、100kHz和3MHz处的相位噪声分别为-75dBc/Hz、-104dBc/Hz和-131dBc/Hz,其中的VCO在100kHz频偏处的相位噪声为-108dBc/Hz。在发送模式时,100kHz相邻信道上的功率与载波功率之比小于-50dB。在直流电压2.5V的工作条件下,锁相环的电流为12.5mA,包括功率预放大器和锁相环在内的发送机总面积为2mm2。     

A PLL based WSN transmitter and I/Q LO signal generator at 430–435 MHz

A fully integrated Phase-Locked Loop (PLL) based transmitter and I/Q Local Oscillating (LO) signal generator used for half-duplex Wireless Sensor Networks (WSN) transceivers is proposed. Instead of one 430–435 MHz PLL for frequency synthesizing, a 1.72–1.74 GHz PLL is designed together with a 1/4 frequency divider. Then the chip area of the inductors in the Voltage-Controlled Oscillator (VCO) is decreased to about 1/16, and I/Q dual-path LO signals can be obtained without additional power consumption. A Gray-code controlled prescaler is proposed to avoid the glitches and uncertain states, and then the frequency dividing accuracy is improved by 17%. A Gauss Frequency Shift Keying (GFSK) transmitter with a pipeline modulator is proposed, the 1st and 2nd Adjacent Channel Power Ratio (ACPR) are −19.9 and −20.7 dBc, respectively. A mathematical spur model of 1/4 frequency dividers is built here, and then a low-spur 1/4 frequency divider composed of our proposed improved Current Mode Logic (CML) latches is designed. The testing results show that the reference spurs are −61.2 dBc@20 MHz and −57.7 dBc@40 MHz at the output of the PLL, and −70.5 dBc@20 MHz and −66.6 dBc@40 MHz at the output of our 1/4 divider. With 2.6-mW power consumption, our proposed 1/4 frequency divider has a phase-noise contribution of only 0.5 dBc/Hz@500 kHz and 0.2 dBc/Hz@1 MHz.     

基于HMC830的低相噪低杂散频率源的设计

针对频率源的相噪会恶化采样数据的信噪比,杂散会降低接收机灵敏度,提出了一种低相噪低杂散的设计方法。该方法利用Hittite公司的新推出的集成VCO的锁相环芯片HMC830进行设计．供电部分采用多个低噪声稳压芯片,参考频率源为Pascall公司的OCXO晶振,环路滤波器为无源四阶,使用Hittite PLL Design...     

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。     

C波段宽带下变频型锁相高速跳频合成器

介绍了一种C波段宽带下变频型锁相高速跳频合成器,主要用于雷达及通信领域。该频率合成器采用锁相环(PLL)与外插电路组合的方式,将较高的输出频率迁移到较低频率后送至鉴相器,大大降低N分频器的工作频率,提高了频率合成器的最高输出频率,且输出频率间隔不变,解决了提高合成器输出频率和不降低频率分辨率的矛盾,实现低相位噪声输出。测试结果表明,输出频率4 460 MHz时,在频偏10 kHz处相位噪声为-123 dBc/Hz。采用可控输出的稳压芯片给HMC704LP4供电,通过控制电源的通断,保证HMC704LP4进入正确的工作模式,有效解决了HMC704LP4上电模式选择错误造成的失锁问题。     

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。     

U波段小数分频锁相环型频率综合器

使用0.18μm1.8VCMOS工艺实现了U波段小数分频锁相环型频率综合器,除压控振荡器(VCO)的调谐电感和锁相环路的无源滤波器外,其他模块都集成在片内。锁相环采用了带有开关电容阵列(SCA)的LC-VCO实现了宽频范围,使用3阶MASHΔ-Σ调制技术进行噪声整形降低了带内噪声。测试结果表明,频率综合器频率范围达到650～920MHz;波段内偏离中心频率100kHz处的相位噪声为-82dBc/Hz,1MHz处的相位噪声为-121dBc/Hz;最小频率分辨率为15Hz;在1.8V工作电压下,功耗为22mW。     

A fully integrated CMOS voltage regulator for supply-noise-insensitive charge pump PLL design

In this paper, a new design of on-chip CMOS voltage regulator, which provides two stable power supplies to charge pump and voltage controlled oscillator (VCO) in charge pump phase-locked loop (PLL), is presented. A power supply noise rejection (PSNR) whose peaking is less than −40 dB is achieved over the entire frequency spectrum for VCO supply. The voltage regulator provides maximum 14 mA current, and static current is about 780 μA at 3.3 V. Based on the proposed voltage regulator, a PLL clock generator has been developed and measured in the AMS 0.35 μm CMOS process. Operating at 160 MHz, a period jitter of 13.64 ps was measured under a clean power supply, while period jitter became 16.24 ps under a power supply modulated with a 400 mV, 10 kHz square wave.     

用于射频SOC芯片的低噪声高电源抑制比LDO

设计了一种能够为射频芯片提供低噪声、高PSRR、全集成LDO.采用SMIC 0.18μmRF工艺实现,芯片有效面积0.11 mm2.测试结果表明:当输出电流从0跳变为20 mA时,最大Ripple 为100 mV,稳定时间2μs;当输出电流为20mA,频率到1 MHz的情况下,PSRR＜-30 dB;从1～100 kH...     

一种超低相噪参考源的设计与实现

本文设计并实现了超低相位噪声参考源.分析了锁相频率合成相位噪声的影响因素,提出了一种采用梳谱发生器合成宽带、大步进、超低噪声参考源的频率合成方案.实验测试结果:频率覆盖范围3~6GHz,频率步进75MHz,3.1125GHz时,10kHz频偏处的相位噪声约为-130dBc/Hz,具有较高的工程实用价值.