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射频接收机中分数分频频率综合器的研究与设计

作　者: 卢磊
导　师: 闵昊
学　校: 复旦大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 射频接收机 数字电视 频率综合器 锁相环 分数分频 △Σ调制器 压控振荡器 相位噪声 恒定环路带宽 自动频率校正 4/4.5预分频器
分类号: TN74
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
下　载: 590次
引　用: 8次
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内容摘要


地面数字电视具有频率范围宽、信噪比要求高等特点,这给射频接收机的关键模块之一频率综合器的设计带来很多挑战。本论文围绕ΔΣ分数分频锁相环型频率综合器开展研究工作,分别针对恒定环路带宽、自动频率校正和量化噪声抑制等方面提出相应的技术和解决办法,并完成以下研究:首先,回顾了锁相环的环路参数和相位噪声建模,阐述了ΔΣ分数锁相环的基本原理、ΔΣ调制器结构和量化噪声,分析了量化噪声到相位噪声的转换原理。接着,回顾了振荡器的相位噪声模型,简要推导了线性时变相位噪声模型;分析了LC振荡器中容易忽视的两个问题调谐方式和电源噪声抑制;提出一个等效模型对常用的中心抽头差分电感进行阻抗提取。针对宽带锁相环中出现的环路带宽变化大的问题,提出两个措施予以解决,并对其中使调谐增益和子带间距均恒定的方法做了详细的理论分析;实现了一款1.175GHz～2GHz的整数分频频率综合器芯片验证所提技术。针对传统的AFC技术在分数锁相环中会产生残留分数误差的问题,提出一种基于分频比的AFC技术解决该问题,并对该技术做了详细的误差分析;实现了一款975MHz～1960MHz的分数锁相环芯片验证所提AFC技术。针对ΔΣ调制器的高通量化噪声引入带外相位噪声的问题,提出一种4/4.5预分频器实现步长为0.5的分频比;提出一种可编程脉冲吞计数器的编码方式,以配合ΔΣ调制器实现宽带分数分频比。在前面所述的理论分析和各种技术的基础上,在0.18-μm CMOS工艺上实现了一款应用于DVB-T的1.2GHZ～2.1GHz分数分频频率综合器芯片,芯片面积为1.47mm×1mm,功耗为25.2mW,测试结果表明:环路带宽变化范围小于10.7%,带内相位噪声为-96dBc/Hz,积分相位误差小于0.75°,参考杂散小于-71dBc/Hz,锁定时间小于20μs。

全文目录


目录  4-7
图目录  7-11
表目录  11-12
摘要  12-13
Abstract  13-15
第1章 绪论  15-19
  1.1 研究背景  15-16
  1.2 论文的主要贡献  16-17
  1.3 论文的研究内容和组织结构  17-19
第2章 锁相环型频率综合器概述  19-35
  2.1 引言  19
  2.2 整数分频锁相环基本结构  19-20
  2.3 环路分析  20-27
    2.3.1 环路参数设计  20-24
    2.3.2 相位噪声建模  24-27
  2.4 △Σ分数分频锁相环  27-34
    2.4.1 △Σ分数分频锁相环基本结构  27-29
    2.4.2 量化噪声与△Σ调制器结构  29-32
    2.4.3 量化噪声到相位噪声的转换  32-34
  2.5 本章小结  34-35
第3章 LC压控振荡器与片上电感参数提取  35-57
  3.1 引言  35-36
  3.2 相位噪声  36-39
  3.3 正交与宽带LC压控振荡器  39-41
    3.3.1 正交LC压控振荡器  39-41
    3.3.2 宽带LC压控振荡器  41
  3.4 设计考虑  41-44
    3.4.1 差分调谐  41-43
    3.4.2 偏置与电源噪声  43-44
  3.5 中心抽头差分电感  44-52
    3.5.1 传统单端阻抗提取方式  45-47
    3.5.2 中心抽头等效模型  47-48
    3.5.3 阻抗提取  48-49
    3.5.4 测试验证  49-52
  3.6 变压器耦合的正交LC振荡器设计  52-54
  3.7 本章小结  54-57
第4章 恒定环路带宽的研究与实现  57-73
  4.1 引言  57-58
  4.2 设计考虑  58-61
    4.2.1 环路带宽  58-59
    4.2.2 调谐增益  59-61
  4.3 环路带宽恒定技术  61-65
    4.3.1 恒定调谐增益  61-64
    4.3.2 电荷泵电流与自动频率校正  64-65
  4.4 芯片验证  65-71
    4.4.1 系统框图  65-66
    4.4.2 宽带差分调谐压控振荡器  66-67
    4.4.3 带共模反馈的差分电荷泵  67-68
    4.4.4 测试结果  68-71
  4.5 本章小结  71-73
第5章 自动频率校正的研究与设计  73-89
  5.1 引言  73-76
  5.2 提出的自动频率校正技术  76-82
    5.2.1 工作原理  76-79
    5.2.2 直接对VCO时钟计数  79-82
  5.3 误差分析  82-85
  5.4 设计步骤和FOM  85
  5.5 验证  85-88
    5.5.1 仿真结果  85-86
    5.5.2 测试结果  86-88
  5.6 本章小结  88-89
第6章 分频器的研究与设计  89-111
  6.1 引言  89-92
  6.2 M/M+1双模预分频器  92-99
    6.2.1 同步4/5预分频器  93-94
    6.2.2 同步8/9预分频器  94-95
    6.2.3 电路设计  95-99
  6.3 可编程脉冲吞计数器  99-101
  6.4 4/4.5预分频器  101-108
    6.4.1 M/M+0.5预分频器的优势  101-102
    6.4.2 电路设计  102-106
    6.4.3 仿真结果  106-108
  6.5 双沿同步触发器  108-109
  6.6 本章小结  109-111
第7章 环路仿真与芯片设计实例  111-123
  7.1 环路仿真  111-112
  7.2 应用于DVB-T的1.2GHz～2.1GHz分数分频频率综合器  112-121
    7.2.1 系统级设计  112-113
    7.2.2 电路单元设计  113-116
    7.2.3 测试结果  116-121
  7.3 本章小结  121-123
第8章 总结与展望  123-125
  8.1 工作总结  123-124
  8.2 未来展望  124-125
参考文献  125-137
致谢  137-139
个人简介和在学期间发表作品列表  139-141
  个人简介  139
  在学期间发表作品列表  139-141

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 基本电子电路 > 频率合成技术、频率合成器
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