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电子发烧友网>电子资料下载>电子论文>射频无线论文>改进型CMOS电荷泵锁相环电路的设计解析

改进型CMOS电荷泵锁相环电路的设计解析

2017-11-18 | rar | 0.4 MB | 次下载 | 1积分

资料介绍

   本文设计了一种宽频率范围的CMOS锁相环(PLL)电路,通过提高电荷泵电路的电流镜镜像精度和增加开关噪声抵消电路,有效地改善了传统电路中由于电流失配、电荷共享、时钟馈通等导致的相位偏差问题。
  设计了一种倍频控制单元,通过编程锁频倍数和压控振荡器延迟单元的跨导,有效扩展了锁相环的锁频范围。该电路基于Dongbu HiTek 0.18μm CMOS工艺设计,仿真结果表明,在1.8 V的工作电压下,电荷泵电路输出电压在0.25~1.5 V变化时,电荷泵的充放电电流一致性保持很好,在100 MHz~2.2 GHz的输出频率内,频率捕获时间小于2μs,稳态相对相位误差小于0.6%.
  锁相环(phase-locked loop,PLL)是一个闭环负反馈系统,能够准确地产生一系列与参考频率同相位的频率信号,是现代通信电子领域中必不可少的系统之一,通常被用于频率 合成、同步信号产生、时钟恢复以及时钟产生等。电荷泵锁相环(charge pump phase-locked loop,CPPLL)因其自身所具有的开环增益大、捕获范围宽、捕获速度快、稳定度高和相位误差小等优势,现已广泛应用在无线通信领域中。
  1 系统结构及工作机理
  电荷泵锁相环通常由鉴频鉴相器(PFD)、电荷泵电路(CP)、低通滤波器(LPF)、压控振荡器(VCO)以及分频器(FD)构成。本文设计的锁 相环系统结构如图1所示,环路具体工作原理为:通过检测PFD输入端的参考信号fref与环路反馈信号fdiv的相差和频差,输出相应的电压信号VUP和 VDN,来控制CP的工作状态。电荷泵电路将UP和DN信号转换为压控振荡器的控制电压VC输出。VC通过LPF滤除高频分量,输出直流电平,最终作为压 控振荡器的控制信号。随着鉴频鉴相器的两路输入信号间的频差与相差不断减小,VC为某一恒定的电压值时,环路达到锁定状态。
  改进型CMOS电荷泵锁相环电路的设计解析
  图1 电荷泵锁相环结构
  设计时增加了倍频控制(multiple frequencycontrol,MFC)模块,与分频器和压控振荡器配合使用,通过控制位的逻辑输入,一方面可以编程锁频倍数,控制整个环路的倍频 数;另一方面可以控制VCO差分延迟单元的跨导,从而改变VCO的电压增益调节其输出范围。
  图2 给出了图 1电路的线性等效模型。图中:Ip为电荷泵电流;F(s)为滤波器传输函数;KVCO为压控振荡器的增益;N为分频比;φin为输入参考相位;φout为输出相位;φdiv为分频后的反馈相位。
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