一種2.4GHzDelta-Sigma小數型頻率合成器的研究畢業辯論1整理ppt報告內容課題背景和意義課題設計目標和設計方法頻率合成器的系統級分析與建模全數字△∑調制器鎖相環電路自動頻率粗調電路頻率合成器的整體性能評估課題總結2整理ppt課題背景和意義WiMAXWLANWPAN

GlobalWMANGPS,北斗GSM/GPRSWLANBlueToothUWBHomeRFRFIDCDMAZigBee我們身處無線通信的時代…TD-SCDMAWCDMA

2.4GHz附近頻段內的通信標準：

802.11b/g,BlueTooth,ISM2.4GHz,DECT,ZigBee3整理ppt課題背景和意義頻率合成器為無線收發機提供本振信號時域頻域4整理ppt課題背景和意義基于鎖相環的整數型頻率合成器基于鎖相環的△∑小數型頻率合成器缺點：最小頻率步長固定為Fref的整數倍，頻率切換速度慢。優點：最小頻率步長可以任意小，頻率切換速度較快?！矠榱吮ＷC環路穩定，PLL的環路帶寬≤Fref/10〕5整理ppt報告內容課題背景和意義課題設計目標和設計方法頻率合成器的系統級分析與建模全數字△∑調制器鎖相環電路自動頻率粗調電路頻率合成器的整體性能評估課題總結6整理ppt課題設計目標性能參數預期設計指標調頻范圍2.4-2.5GHzI/Q兩路正交輸出最小頻率步長≤1kHz頻率切換時間≤150μs帶內相位噪聲≤-70dBc/Hz帶外相位噪聲≤-110dBc/Hz@1MHz頻率偏移雜散≤-70dBc功耗≤10mW基于TSMC0.13μmRFCMOS工藝7整理ppt課題設計方法△∑小數型頻率合成器是一個復雜的數?；旌舷到yCadenceAMS混合信號集成電路設計平臺支持VerilogHDL、Verilog-A、Verilog-AMS和真實電路的混合仿真。合理的設計方法可以提高設計效率和成功率！8整理ppt報告內容課題背景和意義課題設計目標和設計方法頻率合成器的系統級分析與建模全數字△∑調制器鎖相環電路自動頻率粗調電路頻率合成器的整體性能評估課題總結9整理ppt相位域小信號分析模型對整個頻率合成器系統進行線性時不變連續時間小信號近似，可得：開環傳輸函數：閉環傳輸函數：環路帶寬fc和相位裕度φm的定義：環路所需的鎖定時間：此模型的作用：1、評估鎖相環的穩定性；2、根據鎖定時間要求設計適宜的環路帶寬和相位裕度；3、根據環路帶寬和相位裕度要求設計各電路模塊的參數。10整理ppt相位噪聲分析與建模

各電路模塊的噪聲都被定義為該電路模塊的輸出噪聲且假設各噪聲源之間互不相關。△∑小數型頻率合成器的輸出相位噪聲功率譜密度為：----式(2-13)此模型的作用：1、評估系統的相位噪聲性能；2、根據系統的相位噪聲指標確定適宜的環路帶寬；3、根據系統的相位噪聲指標確定各電路模塊的噪聲指標。11整理ppt相位噪聲分析與建模△∑小數型頻率合成器的相位噪聲分析評估方法

----式(2-12)換算關系：12整理ppt行為級混合信號仿真模型VCO和多模分頻器合并在同一個模塊中以加快仿真速度；各電路模塊的行為級模型都是參數化的。此模型的作用：

1、快速地進行系統級仿真驗證；

2、充當模塊電路的評估驗證平臺。13整理ppt報告內容課題背景和意義課題設計目標和設計方法頻率合成器的系統級分析與建模全數字△∑調制器

鎖相環電路自動頻率粗調電路頻率合成器的整體性能評估課題總結14整理ppt全數字△∑調制器全數字一階△∑調制器

(x=0.537,m=17,clk=20MHz)調制器輸出序列的功率譜

假設累加器數據位寬為m,將其用作一階△∑調制器時，缺點：其輸出序列存在很強的周期性，引起明顯的分數雜散。15整理ppt全數字△∑調制器LFSR加抖的MASH1-1-1△∑調制器〔m=17〕

△∑調制引起的量化相位誤差序列：式(2-12)△∑調制引起的量化相位噪聲調制器輸出序列的功率譜采用流水線結構以提高工作頻率16整理ppt報告內容課題背景和意義課題設計目標和設計方法頻率合成器的系統級分析與建模全數字△∑調制器鎖相環電路自動頻率粗調電路頻率合成器的整體性能評估課題總結17整理ppt鎖相環電路△∑小數型頻率合成器的核心局部仍是一個鎖相環18整理ppt非線性PFD能根據相位誤差的大小自動調整環路帶寬，從而可加快鎖相環的鎖定速度。鎖相環電路—PFDPFD與電荷泵的組合傳輸特性

非線性PFD的KPFD+CP的平均倍增量：19整理ppt鎖相環電路—PFD特點：沒有顯式的AND門，沒有增加消耗的晶體管數量。加速效果20整理ppt鎖相環電路—電荷泵傳統的源極開關型電荷泵

靜態匹配特性保持不變

采用動態匹配特性改進技術的源極開關型電荷泵動態匹配特性改善明顯

21整理ppt鎖相環電路—電荷泵電荷泵失配對Vctrl的影響

電荷泵與PFD組合后的傳輸特性動態匹配改進的電荷泵與PFD組合后輸出的噪聲電流PPFD+CP=0.12mW@Fref=20MHz22整理ppt鎖相環電路—參考電流源溫度相關性電源電壓相關性23整理ppt鎖相環電路—VCO相位噪聲調頻特性曲線族瞬態起振波形Vpp≈750mVKvco=115-135MHz/V-112.3dBc/Hz@1MHzoffsetPVCO=2mW24整理ppt鎖相環電路—多模分頻器相位切換型225-256多模分頻器PMMD=0.78mW@Fvco=5GHz25整理ppt鎖相環電路—多模分頻器÷8前置分頻器

1stDiv2和2ndDiv23rdDiv2CMLD-latch26整理ppt鎖相環電路—多模分頻器S1、S2和S3依次連接到相位選擇器的第一級MUX、第二級MUX和第三級MUX可以防止F8出現毛刺。27整理ppt鎖相環電路—多模分頻器FvcoF8F16-F256C[4:0]010001S[3:1]0000000001SwitchPswitch8Tvco8Tvco7Tvco讀入分頻模數控制信號MC[4:0]分頻模數控制邏輯計算是否進行相位切換相位切換Pipeline28整理ppt鎖相環電路—環路濾波器TL≈25μs根據相位域小信號分析模型可推導出一系列封閉形式的設計公式：29整理ppt報告內容課題背景和意義課題設計目標和設計方法頻率合成器的系統級分析與建模全數字△∑調制器鎖相環電路自動頻率粗調電路

頻率合成器的整體性能評估課題總結30整理ppt自動頻率粗調電路傳統閉環自動頻率粗調

傳統開環自動頻率粗調本課題所設計的快速開環自動頻率粗調方案

采用數控電容陣列降低VCO的調頻增益31整理ppt自動頻率粗調電路異步頻率計數存在誤差的原因計數誤差取整誤差VCO實際輸出頻率與期望輸出頻率之間的差距：總誤差計數得到的頻率差距粗調電路預設的頻率差距容限Etol應能承受計數誤差和取整誤差的影響。VCO的相鄰調頻曲線的間距約為30MHz，其單個調頻曲線的有效頻率覆蓋范圍約為75MHz，Fref=20MHz，P=8，Q=64，Etol=8，因而粗調環路預設的頻率差距容限為[-20MHz,20MHz]，總誤差為(-5MHz，2.5MHz)。32整理ppt自動頻率粗調電路CntFcmpCntFref電路實現8421碼33整理ppt自動頻率粗調電路快速開環自動頻率粗調電路的工作流程圖

二進制折半查找算法;

每位搜索耗時65Tref;Sband共4位，故最多耗時1+65x4個Tref;Fref=20MHz時的最大搜索時間為13.05μs。34整理ppt報告內容課題背景和意義課題設計目標和設計方法頻率合成器的系統級分析與建模全數字△∑調制器鎖相環電路自動頻率粗調電路頻率合成器的整體性能評估

課題總結35整理ppt頻率合成器的整體性能評估△∑小數型頻率合成器的最終整體結構圖36整理ppt頻率合成器的整體性能評估4635MHz

4854MHz4635MHz

5059MHz頻率合成器輸出信號的功率譜頻率合成器的相位噪聲

37整理ppt頻率合成器的整體性能評估性能參數預期設計指標達到的指標調頻范圍2.4-2.5GHzI/Q兩路正交輸出2.28-2.53GHzI/Q兩路正交輸出最小頻率步長≤1kHz80Hz頻率切換時間≤150μs≤40μs帶內相位噪聲≤-70dBc/Hz<-80dBc/Hz帶外相位噪聲≤-110dBc/Hz@1MHz頻率偏移-116dBc/Hz@1MHz頻率偏移雜散≤-70dBc≤-75dBc功耗≤10mW3.2mW仿真結果顯示，各項指標都到達了設計要求。38整理ppt報告內容課題背景和意義課題設計目標和設計方法頻率合成器的系統級分析與建模全數字△∑調制器鎖相環電路自動頻率粗調電路頻率合成器的整體性能評估課題總結39整理ppt課題總結

本文基于CadenceAMS混合信號電路設計平臺對應用于無線射頻通信芯片中的一種2.4GHz△∑小數型頻率合成器進行了自頂向下的研究設計，主要完成了以下工作：△∑小數型頻率合成器的整體性能評估結果為：可在2.28-2.53GHz輸出兩路正交信號，雜散低于-75dBc，帶內相位噪聲低于-80dBc/Hz，帶外相位噪聲約為-116dBc/Hz@1MHz頻率偏移，頻率切換時間約為40μs(其中自動頻率粗調過程耗時13.05μs)，整體功耗估計為3.2mW，各項指標都到達了設計要求。為頻率合成器建立了系統級的相位域小信號分析模型、噪聲模型和行為級混合信號仿真模型；設計了一個MASH1-1-1結構的全數字△∑調制器，它采用LFSR加抖成功地消除了分數雜散；我們還對該△∑調制器所引入的量化相位噪聲進行了分析；設計了一種可加快鎖相環鎖定速度的非線性鑒頻鑒相器，它沒有引起任何設計本錢增加；設計了一種動態匹配性能得到改進的源極開關型電荷泵，它可降低頻率合成器的參考雜散和提高環路的線性度；在1.2V電源電壓下基于數控電容陣列技術設計了一個調頻增益≤135MHz/V，調頻范圍到達4.5-5.1GHz的VCO；基于相位切換技術設計了一個225-256的多模分頻器，它的最高工作頻率可到達7GHz，工作在5GHz時功耗僅為0.78mW；提出了一種快速開環自動頻率粗調方案，該方案基于二進制折半查找算法對VCO的調頻曲線進行搜索，每位搜索僅需65個參考時鐘周期。40整理ppt攻讀碩士學位期間發表的論文及其它成果JinbaoLan,FengchangLai,Zhiqiang