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快速锁定低抖动电荷泵锁相环的研究与设计

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第一章 绪论

1.1 课题研究背景与意义

1.2 PLL的应用

1.3 国内外研究现状

1.4 论文的主要工作与章节安排

第二章 电荷泵锁相环原理

2.1 鉴频鉴相器

2.2 电荷泵

2.3 低通滤波器

2.4 压控振荡器

2.5分频器

第三章 快速锁定与低抖动CPPLL

3.1 CPPLL的线性相位模型

3.2快速锁定CPPLL

3.3低抖动CPPLL

3.4本文所设计的快速锁定低抖动CPPLL

第四章 CPPLL的设计与仿真

4.1 CPPLL系统设计

4.2 PFD的设计与仿真

4.3 CP的设计与仿真

4.4 VCO的设计

4.5 分频器的设计

4.6 带隙基准的设计

4.7 LDO线性稳压器的设计

4.8 CPPLL的整体仿真

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

作者简介

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摘要

随着集成电路的发展,芯片集成度越来越高,而且数字芯片的工作频率也越来越高,因此对应用在时钟恢复电路、频率合成器、偏移减小电路等芯片中的 PLL的工作性能提出了更高的要求。CPPLL是一种数模混合 PLL,其结构简单、理论上具有零静态相位,因此应用广泛,所以研究减小CPPLL的锁定时间与输出抖动具有重要意义。
  论文首先介绍了CPPLL的基本工作原理和CPPLL输出抖动的线性叠加原理,总结了CPPLL减小输出抖动的方法,还研究了CPPLL实现快速锁定的常用方法,并且提出了一种可减小CPPLL环路锁定时间的初始化电路,该初始化电路结构简单,晶体管少,不显著增加CPPLL的版图面积。为减小环路锁定时间,引入非线性鉴频鉴相器,其在输入相位差在[π,2π]时,鉴频鉴相器输出与输入不成线性关系,而一直保持最大输出,因此可加快环路锁定。设计了一充放电电流匹配良好的电荷泵,并且为提高其充放电电流的匹配度,将CPPLL锁频范围内的VCO控制电压设置在地到电源电压中间处,减小电荷泵输出电压变化对电荷泵输出电流的影响。全差分环形振荡器可抑制共模噪声,所以设计了一全差分环形振荡器来减小输出抖动。为了减小电源抖动的影响,设计了一LDO线性稳压器给CPPLL各模块供电减小电源抖动的影响,同时该 LDO线性稳压器带增强瞬态电流效率缓冲级,可以减小电路功耗,增强 LDO线性稳压器的瞬态响应。通过以上方法,设计了一款快速锁定低抖动的CPPLL。
  基于0.35μm CMOS工艺,利用spectre仿真器对本文所设计的CPPLL进行了仿真验证。仿真对比带所提出的初始化电路的 CPPLL与不带所提出的初始化电路的CPPLL,前者锁定时间相对于后者减小了45%,因此本文所提出初始化电路可以有效减小环路锁定时间。本文所设计的 VCO在工作频率为10MHz时,输出相位噪声为-115dBc/Hz@1MHz,CPPLL整体输出RMS周期抖动为50ps。

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