鎖相環(huán)用電荷泵及低通濾波器的研究與設(shè)計(jì).pdf

1、通信技術(shù)的發(fā)明以及發(fā)展為人類的通信生活提供了極大的便利，尤其是近代以來(lái)，通信技術(shù)尤其是無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展非常迅速，使得通信變得更迅捷更簡(jiǎn)便。微電子學(xué)是人類科學(xué)技術(shù)發(fā)展的基石，微電子技術(shù)在近幾十年取得了長(zhǎng)足地發(fā)展，半導(dǎo)體工藝技術(shù)不斷進(jìn)步，到今天已經(jīng)進(jìn)入了納米級(jí)并還將繼續(xù)突破?，F(xiàn)在，通信用無(wú)線接收機(jī)的大部分單元電路都采用單芯片結(jié)構(gòu)，使其體積大幅縮小，應(yīng)用范圍日益增廣。鎖相環(huán)是無(wú)線通信系統(tǒng)前端的一個(gè)重要部件，并且在許多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，如陸

2、地?cái)?shù)字電視廣播系統(tǒng)。因?yàn)殡姾杀面i相環(huán)頻率獲取能力強(qiáng)、捕獲時(shí)間短、理論上可以達(dá)到零靜態(tài)相位誤差并擁有無(wú)限大的頻率牽引范圍，所以近年來(lái)電荷泵鎖相環(huán)成為各種通信設(shè)備中應(yīng)用最為廣泛的結(jié)構(gòu)。對(duì)電荷泵鎖相環(huán)的工作性能起到?jīng)Q定性作用的組成部分是電荷泵（Charge Pump）和低通濾波器(Low Pass Filter)，這兩部分對(duì)鎖相環(huán)環(huán)路的相位噪聲、鎖定周期等都有很大的影響。本論文的目的是為用在陸地?cái)?shù)字電視廣播系統(tǒng)中的電荷泵鎖相環(huán)設(shè)計(jì)性能優(yōu)良的電

3、荷泵和低通濾波器，需要達(dá)到低功耗，小面積的設(shè)計(jì)要求。
　　 本文首先介紹的是電荷泵鎖相環(huán)的系統(tǒng)構(gòu)成以及基本工作原理，并簡(jiǎn)單介紹了環(huán)路中各模塊的工作原理。系統(tǒng)分析了電荷泵鎖相環(huán)中電荷泵和低通濾波器這兩個(gè)重要模塊的電路結(jié)構(gòu)、工作原理以及主要作用；深入分析了電荷泵、低通濾波器的性能參數(shù)對(duì)鎖相環(huán)整體性能的影響。
　　 電荷泵的主要功能是將鎖相環(huán)前端鑒頻鑒相器（Phase-Frequency Detector）所輸出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換

4、成連續(xù)的模擬信號(hào)，本信號(hào)通過(guò)低通濾波器過(guò)濾后作為壓控振蕩器（V oltageControlled Oscillator）振蕩頻率的控制信號(hào)。本文首先介紹了電荷泵的工作原理，分析比較了各種類型的電荷泵結(jié)構(gòu)，并對(duì)電荷泵電路的非理想因素進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算分析。本設(shè)計(jì)將電荷泵的充放電電流源設(shè)計(jì)成可調(diào)節(jié)共源共柵結(jié)構(gòu)，抑制電流失配。從本設(shè)計(jì)電荷泵電路的仿真結(jié)果可以看出，輸出電壓非常穩(wěn)定，沒(méi)有電壓跳變，充電電流和放電電流基本處處相等。該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、速

5、度快、功耗低，符合專用集成電路設(shè)計(jì)的要求。
　　 低通濾波器在很大程度上決定了鎖相環(huán)的工作性能，是鎖相環(huán)的重要組成部分。本文介紹了低通濾波器的基本工作原理并且分析比較了各種類型的低通濾波器。低通濾波器的主要功能是過(guò)濾環(huán)路噪聲、優(yōu)化環(huán)路帶寬并且為壓控振蕩器提供穩(wěn)定的控制信號(hào)。對(duì)簡(jiǎn)單的一階低通濾波器，無(wú)源比例積分濾波器、有源比例積分濾波器以及二階無(wú)源低通濾波器的工作性能進(jìn)行分析和比較，最終選用了的二階無(wú)源低通濾波器。對(duì)此結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真