学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

红外图像处理芯片中频率综合器的设计与实现

作　者: 高垒
导　师: 张岩
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 红外图像处理红外焦平面阵列频率综合器锁相环锁定检测差分压控振荡器
分类号: TN74
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 46次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

红外成像具有作用距离远、抗干扰性好、穿透烟尘雾霾能力强、可全天候、全天时工作等优点,在军用和民用领域都得到了极为广泛的应用,而最终成像系统的应用价值取决于能否对图像信息进行充分的提取与利用。本文所设计的频率综合器就是应用于一款基于SOC技术架构的图像处理芯片,作为其中的关键模块,提供读取红外焦平面阵列数据时所需的时钟。本文从分析锁相式频率合成器的工作原理出发,对其体系结构及各个模块都进行了行为建模与分析,在此基础上进行了系统设计,对电路参数进行了优化设计,并且分析了系统的噪声来源同时提出了减小压控振荡器噪声的方法。接下来根据系统所要求的功能和性能设计了应用于红外图像处理芯片的频率合成器,通过输入分频器、输出分频器和可编程分频器实现了频率的数字可编程调整;同时,通过两输出时钟和D触发器延迟实现了相位的偏移。具体设计了相应的电路:使用有延迟单元的鉴频鉴相器来消除死区;使用差分结构的电荷泵、双环路滤波器结构和差分信号控制的压控振荡器来尽可能的减小压控振荡器控制信号上的噪声,优化了输出时钟性能;采用随分频器系数逐级递增充电电容的锁定检测电路来保证锁定检测信号能够可靠、准确的输出。最后给出了在GSMC 0.18μm 1P5M CMOS混合信号工艺下,各个模块以及整体的仿真波形及版图。电路最终实现了2MHz-13.5MHz的时钟输出,以步长1/16MHz为单位进行变化,且能够以1/16周期为步长进行相位偏移。在典型情况TT、1.8V电源电压、温度25℃时,输出3MHz的时钟周期抖动峰峰值为200ps,实现了较低的抖动。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-12
  1.1 课题背景  8
  1.2 本文研究的目的及意义  8-9
  1.3 国内外相关技术发展现状  9-10
  1.4 频率综合器当前研究热点  10-11
  1.5 本文主要研究内容  11-12
第2章频率综合器的基本原理  12-20
  2.1 频率综合器的工作原理  12-13
  2.2 频率综合器电路的基本构成  13-19
    2.2.1 鉴频鉴相器  13-15
    2.2.2 电荷泵  15
    2.2.3 环路滤波器  15-17
    2.2.4 压控振荡器  17-18
    2.2.5 分频器  18-19
  2.3 本章小结  19-20
第3章频率综合器的系统设计及噪声分析  20-27
  3.1 锁相式频率综合器的线性模型  20-21
  3.2 锁相式频率综合器的系统设计  21-24
  3.3 锁相式频率综合器的噪声分析  24-26
  3.4 本章小结  26-27
第4章频率综合器的具体设计与实现  27-49
  4.1 频率综合器的整体设计  27-28
    4.1.1 输出时钟频率的设计  27-28
    4.1.2 输出时钟相位的设计  28
  4.2 鉴频鉴相器的设计与实现  28-32
    4.2.1 TSPC正边沿D触发器  29-30
    4.2.2 鉴频鉴相器死区的消除  30-32
  4.3 电荷泵的设计与实现  32-36
    4.3.1 与电源无关的电压偏置  32-33
    4.3.2 电荷泵的非理想因素  33-34
    4.3.3 消除非理想因素的电荷泵设计  34
    4.3.4 电荷泵中的共模反馈电路  34-36
  4.4 环路滤波器的设计与实现  36
  4.5 压控振荡器的设计与实现  36-42
    4.5.1 VCO振荡单元的设计  37-39
    4.5.2 VCO偏置单元的设计  39-41
    4.5.3 VCO输出缓冲器的设计  41-42
  4.6 分频器的设计与实现  42-43
  4.7 锁定检测模块的设计与实现  43-46
    4.7.1 模拟锁定检测模块的设计  44
    4.7.2 频率综合器锁定模块的修改  44-46
  4.8 频率综合器系统参数的设计  46-48
  4.9 本章小结  48-49
第5章频率综合器的仿真波形及版图  49-61
  5.1 PFD的仿真波形及版图  49-52
  5.2 电荷泵的仿真波形及版图  52-54
  5.3 VCO的仿真波形及版图  54-56
  5.4 分频器的仿真波形及版图  56-57
  5.5 锁定检测模块的仿真波形及版图  57-58
  5.6 频率综合器整体仿真波形及版图  58-60
  5.7 本章小结  60-61
结论  61-62
参考文献  62-66
攻读学位期间发表的学术论文  66-68
致谢  68

相似论文

永磁直驱风电系统中网侧变换器控制与风机模拟技术研究,TM46
FPGA在低压SVG中的应用,TN791
电荷泵锁相环Z域分析与低噪设计,TN911.8
基于场景的非均匀性校正,TN215
一种低抖动CMOS锁相环设计,TN911.8
基于DSC电力系统谐波测量方法的研究,TM935.2
毫米波频率步进雷达频率合成器设计,TN958
基于DSP的IGBT感应加热电源的研究,TM924.5
小数分频频率综合器的建模与设计,TN74
一种带有自适应频率校准的分数分频频率综合器的设计,TN74
激光稳频锁相研究,TN248
瞬动校验电流的误差分析与对策,TM561
高动态C波段收发信机的研制,TN859
65nm CMOS 10MHz-1.2GHz宽带可编程锁相环设计,TN911.8
CMOS单片收发机多模小数频率综合器的设计,TN74
单相光伏并网逆变器研究,TM464
基于FPGA的锁相环飞轮稳速控制实现技术研究,V448.2
基于联合估计解码的数字水印同步算法研究,TP309.7
2.4GHz CMOS射频无线收发芯片的设计,TN859
高清晰多媒体接口发送器内锁相环的设计,TN911.8