CMOS寬帶分數(shù)分頻頻率綜合器的研究與設計.pdf

1、隨著超寬帶和軟件無線電技術在無線通訊領域的深入發(fā)展，其要求的寬頻帶、快響應、低功耗及可編程等特性對射頻前端頻率綜合器的設計提出了更高的要求。
　　 本文圍繞∑△分數(shù)分頻鎖相環(huán)型頻率綜合器展開研究工作，并分別針對寬帶電容電感壓控振蕩器、環(huán)路帶寬恒定以及自動頻率校準等方面進行重點分析并具體提出設計方案。具體工作體現(xiàn)如下:
　　 在介紹了∑△分數(shù)鎖相環(huán)的研究現(xiàn)狀后，論文分析了鎖相環(huán)的基本原理，討論了基于∑△調(diào)制技術的分數(shù)分頻原

2、理及其對環(huán)路瞬態(tài)和相位噪聲特性的影響，并闡述了與環(huán)路帶寬相關的非理想特性及優(yōu)化。
　　 為了實現(xiàn)恒定環(huán)路帶寬以及快速自動頻率校準，采用溫度計編碼開關電容和變?nèi)莨荜嚵性O計并實現(xiàn)了一款具有恒定壓控增益和恒定子帶間隔的寬帶壓控振蕩器(VCO)。所設計的VCO采用SMIC65nm CMOS工藝實現(xiàn)，測試結果表明VCO覆蓋頻率范圍為622MHz～1518MHz，壓控增益與子帶間隔分別約為150MHz/V與99MHz，VCO工作在1.39G

3、Hz時的相位噪聲為-119.9dBc/Hz@1MHz。此外，針對高頻應用，優(yōu)化了LC VCO中作為負阻的交叉耦合MOS對管的版圖并基于PSP模型為其建立模型，并開發(fā)了一套基于PSP的MOS非本征電容提取流程以及基于向量擬合的聯(lián)線寄生參數(shù)快速提取方法。驗證結果表明所提出的模型比PDK模型在精度和效率方面分別提升了61.8％和60.5％;最后利用這種版圖優(yōu)化技術，設計了一款132GHz的push-push VCO。
　　 為了降低頻

4、率切換過程中寬帶鎖相環(huán)環(huán)路性能的變化，采用可編程電荷泵補償技術，實現(xiàn)了全頻帶范圍內(nèi)鎖相環(huán)性能的穩(wěn)定。
　　 為了加快頻帶切換，結合所設計的恒定壓控增益和恒定子帶間隔寬帶VCO，提出了一種基于分頻比直接映射的自動頻率校準(AFC)方案，并使用四分頻VCO輸出信號加快冗余校準以提高效率。此方案顯著縮短了AFC時間。
　　 結合上述理論分析和具體設計，采用SMIC65nm1P8M工藝實現(xiàn)了一款寬帶分數(shù)分頻頻率綜合器，芯片面積為