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面向卫星导航应用的本振芯片模块设计

作　者: 曾秋玲
导　师: 蔡竟业
学　校: 电子科技大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: Σ-Δ小数频率合成器鉴频鉴相器电荷泵相位转换多模分频器
分类号: TN74
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

随着集成电路制造工艺和无线通信技术的迅速发展,实现全集成、多制式、低成本的无线收发器已成必然趋势。频率合成器作为无线收发器中的核心单元电路,是决定收发器性能好坏的关键因素,也是实现全集成无线收发器的主要难点。Σ-Δ小数频率合成器由于很好地解决了环路带宽与信道间距之间的矛盾,具有频率切换速度快、精度高、噪声小等优点,引起了人们越来越多的关注和研究。但是集成锁相环的设计过程,涉及到信号与系统、集成电子学、版图、半导体工艺和测试等众多方面,难度比较大。特别是作为无线收发机的射频前端,它面临着更多的问题。因此,对锁相环进行较深入的研究,掌握其设计和分析方法,并完善IP库,为系统设计提供单元模块,是很有必要的。本文首先通过简述卫星导航的发展及卫星导航系统射频前端电路的分析,分析了本文的选题意义。本文紧接着论述了小数分频锁相环的基本原理并针对小数分频器锁相环的具体特性,分析了小数分频锁相环的主要性能,并着重推导了各模块对相位噪声和杂散的影响,并将其结论应用在各模块的设计中。本论文面向卫星导航应用,设计了高速低功耗本振芯片中的鉴频鉴相器(PFD)、电荷泵(CP)、多模分频器(MMD)。鉴相死区是鉴频鉴相器的一个重要指标。本文利用反馈回路,设计了无死区低功耗的鉴频鉴相器。对于差分输入,单端输出的电荷泵,充放电路径的不同会造成充放电脉冲边沿的不一致,从而产生失配。本文设计的电荷泵较好的克服了这个问题。相位转换多模分频器能在速度和功耗方面有更好的折中,本文设计了基于相位转换结构的高速低功耗的多模分频器。最后根据TSMC 0.35μm SiGe BiCMOS工艺模型,利用Cadence Spectre模拟软件对所设计的小数分频锁相环路中鉴频鉴相器、电荷泵、多模分频器模块进行了模拟仿真。模拟结果显示,在3.3V电源电压下,本文实现了无死区的鉴频鉴相器设计,功耗约1mW;电荷泵充放电电流为250uA,充放电范围为0.15V-3.25V,功耗约2mW;高速低功耗多模分频器对2.55GHz正弦输入信号,进行128-255分频,最大功耗不超过14mW。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-12
第一章绪论  12-20
  1.1 课题背景  12-16
    1.1.1 卫星导航概述  12-13
    1.1.2 卫星导航系统射频前端系统分析  13-14
    1.1.3 选题意义  14-16
  1.2 集成锁相环的发展  16-17
  1.3 项目设计背景和本文主要工作  17-20
    1.3.1 项目的设计背景  17-18
    1.3.2 本论文的主要工作和内容安排  18-20
第二章小数分频锁相环的基本原理及性能分析  20-30
  2.1 小数分频锁相环的基本原理  20-22
  2.2 小数分频频率合成器的主要性能分析  22-30
    2.2.1 锁相环中各部分对相位噪声的影响  22-26
    2.2.2 小数分频锁相环的杂散分析  26-30
第三章本振芯片中鉴频鉴相器、电荷泵、多模分频器的设计  30-49
  3.1 鉴频鉴相器的设计  30-34
    3.1.1 鉴频鉴相器的基本类型  30-31
    3.1.2 本文所采用的鉴频鉴相器设计  31-34
  3.2 电荷泵的设计  34-38
    3.2.1 单端电荷泵  34-36
    3.2.2 本文采用的电荷泵设计  36-38
  3.3 高速低功耗多模分频器的设计  38-49
    3.3.1 传统的多模分频器结构  39-40
    3.3.2 基于相位转换的多模分频器结构  40-41
    3.3.3 本文所采用的多模分频器的具体实现  41-49
第四章电路仿真  49-61
  4.1 鉴频鉴相器的仿真  49-53
  4.2 电荷泵的仿真  53-56
  4.3 多模分频器的仿真  56-61
第五章总结  61-62
致谢  62-63
参考文献  63-65
攻硕期间取得的研究成果  65-66

面向卫星导航应用的本振芯片模块设计

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