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应用于GPS/BD2接收机的正交压控振荡器设计

作　者: 田洪亮
导　师: 周健军
学　校: 上海交通大学
专　业: 电路与系统
关键词: 接收机 正交压控振荡器 相位噪声 多模振荡
分类号: TN752
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


近年以来,随着手持式导航设备和拥有导航功能的智能手机的迅猛发展,包括我们国家在内的各个国家和联合体都开始部署或已经部署好了自己的全球卫星定位系统。卫星导航信号接收机芯片成为了业界的研究热点。正交压控振荡器是射频接收机的最重要组成部分之一,本论文正是基于这样的应用背景研究了应用于GPS/BD2接收机的正交压控振荡器设计。论文从频率合成器的的原理出发,对锁相环型频率合成器的各个模块进行了分析,给出了各个模块的电路模型和简单的电路实现;从普通振荡器的振荡原理出发,分析了普通LC-VCO和将两个VCO耦合起来形成正交压控振荡器的原理,推导了多模振荡产生的原因和振荡时发生的频率偏移量,提出了引入移相器避免多模振荡的解决方案;从两种不同的模型分析了相位噪声产生的机理和带给接收机系统的影响,总结了减小相位噪声的设计方法。本论文采用TSMC 0.18μm 1P6M工艺设计出了一个用于GPS/BD2卫星接收机频率合成器的正交压控振荡器。振荡的频率范围覆盖了1.3GHz-2GHz。在1.8V的电源电压情况下,正交压控振荡器的功耗约为4.5mA。在典型的工艺角和常温下,在10KHz、100KHz、1MHz的频偏处,相位噪声优于-71.2dBc/Hz、-98.1dBc/Hz和-119.8dBc/Hz。蒙特卡洛仿真结果显示电路工作时不会随工艺和失配的影响发生多模振荡问题。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-10
第一章 前言  10-15
  1.1 研究背景和意义  10-11
    1.1.1 GPS 系统  10
    1.1.2 伽利略系统  10-11
    1.1.3 北斗系统  11
  1.2 正交压控振荡器（QVCO）  11
  1.3 GNSS 接收机结构选取  11-12
  1.4 国内外研究现状及发展趋势  12-13
  1.5 论文的组织结构  13-15
第二章 频率合成器简介  15-24
  2.1 锁相环型频率合成器基本原理  15-21
    2.1.1 鉴相器  16-18
    2.1.2 电荷泵  18
    2.1.3 环路滤波器  18-20
    2.1.4 压控振荡器  20
    2.1.5 分频器  20-21
  2.2 频率合成器的线性化模型和噪声分析  21-23
  2.3 本章小结  23-24
第三章 正交压控振荡器  24-43
  3.1 正交信号产生方法  24-25
    3.1.1 RC-CR 相移网络  24-25
    3.1.2 二分频法  25
    3.1.3 耦合法  25
  3.2 QVCO 性能指标  25-26
  3.3 振荡器的基本原理  26-27
  3.4 LC 振荡器  27-31
  3.5 正交压控振荡器的分类  31-32
  3.6 正交压控振荡器的工作原理  32-34
  3.7 QVCO 存在的问题  34-35
  3.8 移相QVCO 原理  35-37
  3.9 移相QVCO 组成模块  37-42
    3.9.1 可变电容（Varactor）  37-39
    3.9.2 电感  39-41
    3.9.3 移相器  41-42
  3.10 本章小结  42-43
第四章 相位噪声  43-54
  4.1 相位噪声  43-44
  4.2 相位噪声模型  44-51
    4.2.1 线性时不变模型  44-46
    4.2.2 线性时变模型  46-51
  4.3 电感电容振荡器的相位噪声模型  51-52
    4.3.1 谐振腔的热噪声  51
    4.3.2 尾电流源噪声  51-52
    4.3.3 交叉互耦对管的噪声  52
  4.4 正交压控振荡器的噪声分析  52-53
  4.5 优化相位噪声的方法  53
  4.6 本章小结  53-54
第五章 正交压控振荡器设计  54-70
  5.1 功耗  54-55
  5.2 调谐范围  55-57
  5.3 电路设计  57-66
    5.3.1 电路结构  57
    5.3.2 负阻电路  57-58
    5.3.3 电感的选择  58-59
    5.3.4 变容器  59-61
    5.3.5 电容阵列  61-63
    5.3.6 移相器  63-65
    5.3.7 尾电流源  65-66
  5.4 电路仿真  66-69
    5.4.1 调谐范围  66-67
    5.4.2 相位误差  67-68
    5.4.3 相位噪声  68-69
  5.5 本章小结  69-70
第六章 结束语  70-72
  6.1 主要工作与创新点  70-72
参考文献  72-75
附录1  75-76
致谢  76-77
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  77-80
附件  80

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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 > 振荡技术、振荡器 > 振荡器
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