高性能電荷泵式鑒相器的設計.pdf

1、鎖相環(huán)(PLL)作為一個相位比較的反饋系統(tǒng)已在電子學和通訊領域中獲得廣泛的應用.而電荷泵式鎖相環(huán)由于在設計中采用了電荷泵(CP)與鑒相鑒頻器(PFD),使其具有低功耗、高速、低抖動和低成本等特點,而被廣泛地應用于現(xiàn)代通信領域及射頻領域中.因此,現(xiàn)在的數字調諧芯片就集成了電荷泵式鎖相環(huán),使其接收的信號頻率和電視臺發(fā)送頻率保持嚴格的一致.而作為鎖相環(huán)關鍵部件的鑒相鑒頻器及電荷泵的設計也就成為現(xiàn)代通信領域及射頻領域的研究熱點.該文首先介紹了鑒

2、相鑒頻器及電荷泵的工作原理及分類,并詳細討論了它們的性能指標及設計中所要考慮的問題.基于PLL環(huán)路系統(tǒng)的設計要求,該文提出了鑒相鑒頻器及電荷泵的指標要求及其整體框架圖,按設計框架圖主要包括四個部分:鑒相鑒頻器(PFD)、電荷泵(CP)、PFD偏置電壓(PFD_bias)產生電路及電荷泵參考電流(CP_Iref)產生電路.在普通型邊沿觸發(fā)PFD結構的基礎上,該文提出一種基于SCL(Source Coupled FET Logic)結構的高

3、精度全差分型PFD的設計,該電路具有功耗低,速度快,結構簡單的優(yōu)點.同時,鑒于PFD復位電路的延遲性能直接影響到PFD的各項性能指標,該文就基于MOS管器件參數為標準的BSIM3V3 model模型,對PFD的復位電路作延遲性能的估算;在保證良好的鑒相范圍和最大工作頻率的前提下,改善其鑒相精度,該PFD的鑒相精度提高到50ps.另外,該文基于普通型電荷泵電路提出了帶有大擺幅電流鏡(充放電電流源)的全差分型電荷泵的設計,該電荷泵具有靜態(tài)功

4、耗低,速度快,線性好,電流匹配性能好等特點.在此電荷泵的優(yōu)化設計中還增加了跨導放大器(Gm)電路,跨導放大器的增加不僅可以使電荷共享問題最小化,而且通過該跨導放大器的正反饋作用來減小電流失配.通過仿真分析和計算,該電荷泵的電流失配量和普通型電荷泵相比從>10﹪減小到<2﹪.并且該文還基于模擬集成電路版圖設計的要點并根據PFD及CP電路性能特點優(yōu)化了版圖設計.最后基于Chartered 0.25umRFCMOS工藝庫完成了PFD和CP各項