低功耗頻率合成器的關鍵技術研究.pdf

1、隨著無線通信技術的發(fā)展，手持設備需求不斷增加，使得無線局域網(wǎng)、藍牙以及ZigBee等短距離無線標準相繼出現(xiàn)和普及，更低功耗和更低成本的芯片作為技術核心，成為產品的關鍵競爭力。頻率合成器為無線射頻收發(fā)機提供本振信號和頻率調制，是決定系統(tǒng)性能的關鍵電路。高性能的頻率合成器主要采用電荷泵鎖相環(huán)和全數(shù)字鎖相環(huán)實現(xiàn)，本文分別對這兩種方式及其關鍵模塊的低功耗、低相位噪聲和低成本設計等關鍵技術進行研究，通過理論分析并測試驗證。
　　 壓控振蕩

2、器(Voltage Controlled Oscillator)是頻率合成器的核心，其相位噪聲是關鍵指標?，F(xiàn)有技術常犧牲功耗和面積降低相位噪聲，本文試圖以低功耗實現(xiàn)低相位噪聲設計。先進CMOS工藝下，閃爍噪聲的影響隨器件尺寸減小而突顯，已有技術主要降低尾電流或負阻管的閃爍噪聲，本文提出一種自開關偏置結構，首次在減小尾電流源閃爍噪聲的同時，還抑制了負阻管噪聲的變頻轉化。由于兩個最主要來源的閃爍噪聲被同時減小，帶內相位噪聲降低至-77.6

3、dBc/Hz。傳統(tǒng)開關偏置技術存在相位噪聲和功耗的折衷，且功耗過大，本文的設計消除了二者的限制關系，有效降低功耗。采用0.18μm CMOS工藝實現(xiàn)用于2.4 GHzZigbee的壓控振蕩器，測試結果驗證了所提技術對低相位噪聲、低功耗的效果。
　　 為滿足Zigbee發(fā)射機的要求，基于電荷泵鎖相環(huán)設計了低功耗、低復雜度的兩點調制器，進行頻率調制。兩點調制器一般需要校正電路減小增益失配，但會增加設計復雜度和功耗。本文提出一種減小失

4、配的結構，通過減小可變電容失配和提高調制增益線性度實現(xiàn)，相比其他方案，不需要使用校正電路，實現(xiàn)低功耗和低復雜度設計。對調制控制的關鍵模塊Delta-Sigma調制器，考察了不同階數(shù)、實現(xiàn)結構和輸入位寬等因素對噪聲和雜散性能的影響。采用消除死區(qū)的鑒頻鑒相器和高線性度的電荷泵降低噪聲折疊影響，改善頻率合成器的帶內相位噪聲和雜散性能。完整的兩點調制器在0.18μm CMOS工藝實現(xiàn)并測試。
　　 CMOS工藝的進步令全數(shù)字鎖相環(huán)體現(xiàn)出