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多芯片小数分频锁相环输出信号相位同步设计

浙江大学学报（工学版） 2021年第9期55卷 1788-1794页

作者：徐砚天黄晓敏李浩明王志宇郁发新浙江大学航空航天学院浙江杭州310027 杭州城芯科技有限公司浙江杭州310030

为了在多通道射频(RF)通信系统中,实现多个收发器芯片或单个收发器芯片上的锁相环(PLL)相位同步,提出小数分频PLL输出信号相位同步算法.设计相位累加采样点数选取算法,算法选取的采样点数用于累加参考时钟欠采样的PLL输出信号与数控振荡... 详细信息

为了在多通道射频(RF)通信系统中,实现多个收发器芯片或单个收发器芯片上的锁相环(PLL)相位同步,提出小数分频PLL输出信号相位同步算法.设计相位累加采样点数选取算法,算法选取的采样点数用于累加参考时钟欠采样的PLL输出信号与数控振荡器(NCO)产生的参考信号经三角运算的结果,以消除高次谐波分量,并有效降低相位差计算结果的误差.根据相位差的计算结果反馈调节PLL内delta-sigma调制器(DSM)输入的小数分频比,线性调整PLL输出信号的相位,实现多个PLL输出信号相位与参考信号相位同步.通过仿真验证算法的正确性,且最终相位同步后的相位误差为0.35°,完成同步所需的时间为210 ms.

关键词：小数分频锁相环相位同步多芯片同步多通道射频通信相位差计算

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小数分频锁相环的设计

小数分频锁相环的设计

作者：王子珺北京理工大学

学位级别：硕士

近些年来，随着电子信息产业的不断发展，及其应用领域的扩宽，锁相环作为集成电路中的重要部件，人们对于它的各项性能需求也在不断提高，其中小数分频锁相环因为锁定频率分辨率高而被广泛应用，具有一定研究意义。在查阅相关资料，学... 详细信息

近些年来，随着电子信息产业的不断发展，及其应用领域的扩宽，锁相环作为集成电路中的重要部件，人们对于它的各项性能需求也在不断提高，其中小数分频锁相环因为锁定频率分辨率高而被广泛应用，具有一定研究意义。在查阅相关资料，学习了基础理论之后，本文在整数分频锁相环的基础上研究小数分频锁相环，着重介绍小数分频锁相环各个模块的工作原理及电路设计。本文设计一个输入信号为62MHz，输出信号为1.2GHz左右，分频比可调的整数/小数分频锁相环，文中对鉴频鉴相器，电荷泵，压控振荡器，分频器及sigma-delta调制器的种类及工作原理做了详细的分析。环路中的鉴频鉴相器采用双边沿触发结构;电荷泵电路中加入了共模负反馈单元，并且使用单位增益运算放大器自举消除电荷共享;使用LC压控振荡器，优化锁相环相位噪声性能;小数分频器中的多模分频器部分采用2/3双模分频器级联结构，调制器为3阶单环sigma-delta调制器。之后对电路中各个模块进行了版图布局及仿真验证，最终完成整体锁相环的电路和版图设计及仿真。整体整数/小数分频锁相环电路的设计和仿真是在Cadence软件的平台下进行，采用SMIC0.18um的CMOS工艺，根据仿真结果发现，整个系统的设计能够完成锁相环的功能，符合设计指标，但本设计还具备较大的优化空间，值得今后继续学习和研究。

关键词：小数分频锁相环电荷泵压控振荡器分频器 sigma-delta调制器

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电荷泵对小数分频锁相环相位噪声的影响

南开大学学报（自然科学版） 2009年第2期42卷 82-86页

作者：冯林高清运南开大学信息技术科学学院天津300071

与整数分频电荷泵锁相环不同,小数分频电荷泵锁相环中电荷泵对锁相环的性能有更大的影响,电荷泵的各种非理想因素将降低PLL输出相位噪声和杂散的性能.重点分析了电荷泵两种非理想因素对小数分频锁相环相位噪声和杂散的影响:非线性和电... 详细信息

与整数分频电荷泵锁相环不同,小数分频电荷泵锁相环中电荷泵对锁相环的性能有更大的影响,电荷泵的各种非理想因素将降低PLL输出相位噪声和杂散的性能.重点分析了电荷泵两种非理想因素对小数分频锁相环相位噪声和杂散的影响:非线性和电流失调.此外还分析了电荷泵电流源噪声对小数分频锁相环的影响,分析结果为优化电荷泵的电路设计提供理论依据.

关键词：电荷泵非线性电流失调相位噪声小数分频锁相环

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小数分频锁相环介绍

电子测量技术 1984年第1期 34-42页

作者：缪荣生

本文介绍近年来开发的一种小数分频锁相环的基本原理,重点论述由微程序控制的ASM及数字集成电路组成的锁相环的关键部分的详细原理。小数分频锁相环的运用必将带来频率分辨率高、相位噪声低、频率开关速度快、可程序控制等优点。

关键词：小数分频锁相环相位差 NDC 累加器加法器分频器分音器滤波器参考频率

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小数分频锁相环的杂散分析

重庆邮电学院学报（自然科学版） 2002年第2期14卷 84-87页

作者：郭仿军渝西学院物理系重庆402160

利用小数分频锁相环进行频率合成可以在不降低参考信号频率的前提下 ,提高输出信号频率分辨率 ,从而提高系统的频率转换速度。小数杂散是小数分频锁相频率合成中的主要问题 ,目前尚未见到对它进行的详细分析。详细分析了小数分频杂散产... 详细信息

利用小数分频锁相环进行频率合成可以在不降低参考信号频率的前提下 ,提高输出信号频率分辨率 ,从而提高系统的频率转换速度。小数杂散是小数分频锁相频率合成中的主要问题 ,目前尚未见到对它进行的详细分析。详细分析了小数分频杂散产生的机理及它的影响 ,并提出了消除小数杂散的方法。

关键词：小数分频锁相环杂散分析频率合成

MICS接收机中小数分频锁相环的研究与设计

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MICS接收机中小数分频锁相环的研究与设计

作者：徐汝云电子科技大学

学位级别：硕士

无线通讯市场的迅速增长,带来了对高性能低成本射频集成电路的迫切需求。同时半导体产业的迅猛发展也为所有通信模块集成在一块芯片上提供了可能。其中,最难集成的便是提供本振信号的锁相环。因为锁相环的相位噪声很难满足无线通信系统... 详细信息

无线通讯市场的迅速增长,带来了对高性能低成本射频集成电路的迫切需求。同时半导体产业的迅猛发展也为所有通信模块集成在一块芯片上提供了可能。其中,最难集成的便是提供本振信号的锁相环。因为锁相环的相位噪声很难满足无线通信系统的相位噪声需求。因此,对各种锁相环的研究也越来越多。从整数分频到小数分频,从模拟到数字,锁相环的性能不断得到提升,而成本不断降低。频率合成器作为接收机中的关键模块,其性能指标直接决定了本振信号的精度和纯度。由于整数分频锁相环的参考频率为接收机信道宽度,且锁相环的环路带宽要求小于其参考频率的十分之一。整数分频锁相环很难满足MICS接收机快速锁定,高分辨率的要求。因此,文中设计的频率合成器采用了小数分频锁相环结构。文中从基本的单元模块到系统架构,对小数分频锁相环进行了详细的理论分析。并在理论分析的基础上,设计了一个用于MICS无线收发系统的400MHz30MHz的低功耗小数分频电荷泵锁相环。其中VCO采用四阶差分结构环形振荡器,divider采用六位脉冲吞咽可编程分频器,??调制器采用MASH1-1-1结构,电荷泵采用带镜像支路的电荷泵并用电压跟随器消除电荷共享,环路滤波器滤波器采用三阶RC无源滤波器以抑制调制器高频量化噪声。文中首先根据MICS接收机系统指标规划了小数分频锁相环各模块指标,并用MATLAB/Simulink建模验证了指标规划的合理性。其次,在Cadence Spectre平台下完成小数分频锁相环的设计仿真。再次,根据所设计的电路在Cadence Virtusoo下完成版图设计,所设计的锁相环芯片版图总面积为0.8mm*1.2mm(含PAD)。后仿真时,小数分频锁相环的工作电压为1.8V,输出频率范围:400MHz30MHz,信道宽度为300kHz,锁定时间小于25us,小数杂散小于-50dBc,相位噪声为-104dBc/Hz@1MHz。设计的锁相环,满足MICS无线接收机的性能指标要求。该小数分频锁相环芯片在GSMC0.18um工艺下流片,采用QFN24管脚封装。测试时,VCO输出频率范围为95MHz41.7MHz,相位噪声为-91.47dBc/Hz@1MHz。分频器能正常工作,但整个锁相环无法锁定。后面对这次设计作了详细的总结,并提出了相应的改进措施。

关键词：小数分频锁相环低压电荷泵环形振荡器 MATLAB/Simulink建模 MICS接收机

可实现GFSK调制的小数分频锁相环Sigma-Delta调制器设计

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可实现GFSK调制的小数分频锁相环Sigma-Delta调制器设计

作者：黄燕华福州大学

学位级别：硕士

高斯频移键控(Gaussian Frequency Shift Keying,GFSK)是一种连续相位调制方式,具有恒幅包络、功率谱集中、频谱较窄等特点,因此在低速率的个人通信标准(如蓝牙)中得到了广泛的应用。在闭环GFSK调制结构中,基带数据经过高斯滤波后,由Sig... 详细信息

高斯频移键控(Gaussian Frequency Shift Keying,GFSK)是一种连续相位调制方式,具有恒幅包络、功率谱集中、频谱较窄等特点,因此在低速率的个人通信标准(如蓝牙)中得到了广泛的应用。在闭环GFSK调制结构中,基带数据经过高斯滤波后,由Sigma-Delta调制器(Sigma-Delta Modulator,SDM)转化为一定范围的序列去控制分频器,使压控振荡器(Voltage Controlled Oscillator,VCO)的输出产生一定的频偏,从而实现GFSK调制。但当前设计中SDM存在量化噪声功率谱密度杂散信号干扰严重的问题,导致小数分频锁相环的输出频谱存在杂散分量。因此亟须开展新型SDM的研究。论文主要围绕适用于小数分频锁相环的SDM展开研究,实现了基于改进型SDM的闭环GFSK调制电路设计。论文首先对闭环GFSK调制的原理进行介绍和分析,然后针对多级噪声整形(MultistAge noise Shaping,MASH)结构存在的问题,吸收并综合了质数模MASH结构和SP-MASH结构的优点,提出了一种改进的结构,称之为SH-MASH。通过理论推导与Matlab仿真证明了论文提出的SH-MASH结构对于所有输入值和初始条件,都能输出最大化序列长度,并能获得接近于理想噪声曲线的噪声功率谱。接着利用SH-MASH结构进行小数分频锁相环的设计,利用Matlab进行行为级的仿真与验证,利用Cppsim软件进行相位噪声分析;然后将设计的小数分频锁相环应用于GFSK闭环调制,来验证SH-MASH结构的性能。通过小数分频锁相环的行为级模型、小数分频锁相环的相位噪声模型和GFSK调制的电路模型进行SH-MASH结构的性能仿真。仿真结果表明,SH-MASH结构确实可以有效地抑制小数杂散,也可以实现闭环GFSK调制。最后本文对GFSK闭环调制电路的数字模块进行了硬件实现。对比分析说明,在不明显增加硬件成本的情况下,本文所提的SH-MASH结构SDM性能优于其他结构;与目前业内公认性能最佳的HK-MASH结构相比性能相当,但SH-MASH结构更为简单。因此论文提出的改进方法具有较高的学术价值。论文的特色与创新之处在于提出了一种改进型MASH结构,针对所有的输入和初始条件,都能输出最大化序列。同时,SH-MASH结构的量化噪声可以得到高效抑制,从而小数分频锁相环的环路滤波器可以最大程度地将量化噪声滤除,得到良好的频谱特性。

关键词： Sigma-Delta调制器高斯频移键控小数分频锁相环

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微机可控小数分频锁相环频率合成器的研制

自动化与仪器仪表 2007年第1期 57-59页

作者：柯艳明黄石理工学院电子与电气信息工程学院湖北435003

锁相式频率合成器在电讯、仪表等电子技术领域中有着广泛的应用。本文介绍了单片机控制的两位小数分频锁相环频率合成器的工程实现方法,给出了系统总体硬件和软件实现方案。实践证明,该合成器硬件和软件设计简单,输出信号频率步进可调... 详细信息

锁相式频率合成器在电讯、仪表等电子技术领域中有着广泛的应用。本文介绍了单片机控制的两位小数分频锁相环频率合成器的工程实现方法,给出了系统总体硬件和软件实现方案。实践证明,该合成器硬件和软件设计简单,输出信号频率步进可调且频谱纯度高。

关键词：小数分频锁相环 CD4046 单片机

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U波段小数分频锁相环型频率综合器

固体电子学研究与进展 2010年第3期30卷 382-386页

作者：阴亚东郭桂良高海军杜占坤陈杰中国科学院微电子研究所北京100029

使用0.18μm1.8VCMOS工艺实现了U波段小数分频锁相环型频率综合器,除压控振荡器(VCO)的调谐电感和锁相环路的无源滤波器外,其他模块都集成在片内。锁相环采用了带有开关电容阵列(SCA)的LC-VCO实现了宽频范围,使用3阶MASHΔ-Σ调制技术... 详细信息

使用0.18μm1.8VCMOS工艺实现了U波段小数分频锁相环型频率综合器,除压控振荡器(VCO)的调谐电感和锁相环路的无源滤波器外,其他模块都集成在片内。锁相环采用了带有开关电容阵列(SCA)的LC-VCO实现了宽频范围,使用3阶MASHΔ-Σ调制技术进行噪声整形降低了带内噪声。测试结果表明,频率综合器频率范围达到650～920MHz;波段内偏离中心频率100kHz处的相位噪声为-82dBc/Hz,1MHz处的相位噪声为-121dBc/Hz;最小频率分辨率为15Hz;在1.8V工作电压下,功耗为22mW。

关键词：频率综合器小数分频锁相环开关切换电容阵列压控振荡器 Δ-Σ调制器多级噪声整形技术