CMOS毫米波鎖相環(huán)及高精度正交信號發(fā)生器的研究設計.pdf

1、隨著通信需求的日益提高，基于毫米波的短距離無線通信和基于光纖的互聯(lián)網(wǎng)通信技術因其巨大的帶寬和超高的數(shù)據(jù)傳輸率而成為國內(nèi)外的研究熱點。同時，CMOS工藝技術不斷發(fā)展，這使得采用CMOS實現(xiàn)毫米波和光通信的集成電路成為可能。一方面對于毫米波通信而言，如何提供一個寬調(diào)諧范圍、低相位噪聲的本振信號具有十分重要的意義;而另一方面，光通信中超高速的時間交織ADC對多相采樣時鐘也提出了更高的要求。因此，本文的主要研究內(nèi)容是應用于毫米波通信的60GHz

2、鎖相環(huán)，以及應用于超高速ADC中的精確多相位時鐘生成電路。
　　本文首先介紹了鎖相環(huán)的基本原理和設計方法，總結(jié)了基于環(huán)路穩(wěn)定性的最大相位裕度方法的環(huán)路參數(shù)設計步驟。接著，詳細介紹了毫米波鎖相環(huán)和正交時鐘生成電路的設計方法，其中主要包括:
　　(1)提出一種基于可變電感的寬調(diào)諧范圍毫米波振蕩器。通過控制可變電感副線圈的導通與斷開，改變副線圈的負載，從而改變主線圈的感值，進而改變諧振頻率。同時，振蕩器的輸出經(jīng)過變壓器耦合輸出到下

3、一級，這樣不僅可以減小后級負載寄生對振蕩器諧振頻率的影響，也可以提高注入鎖定分頻器的注入效率，從而增加毫米波分頻器的鎖定范圍。最終本文實現(xiàn)了一個寬調(diào)諧范圍的毫米波振蕩器，其調(diào)諧范圍可覆蓋60～67GHz，超過11％。而基于變壓器耦合輸入的直接注入鎖定分頻器，在0dBm的輸入下鎖定范圍達到了54～71GHz。當振蕩器與分頻器級聯(lián)仿真時，該注入鎖定分頻器可以完整覆蓋VCO的調(diào)諧范圍。
　　(2)除了毫米波振蕩器和注入鎖定分頻器之外，本

4、文還設計了由可再生的注入鎖定分頻器、CML高速四分頻器、可編程分頻比分頻器組成的分頻鏈路，以及鑒頻鑒相器、電荷泵等電路模塊，最終實現(xiàn)了整個毫米波鎖相環(huán)系統(tǒng)的設計。
　　(3)共同提出一種基于注入信號能量可調(diào)的正交分頻器，使其輸出相位可調(diào)，從而改善因器件失配、工藝偏差等因素引起的正交相位的誤差，輸出高精度的正交時鐘。該正交分頻器在輸入信號為0dBm時，鎖定范圍達到9～20GHz，超過75％的鎖定范圍，并且絕對相位誤差的平均值小于0.