《一款0.13微米工艺下数模混合锁相环的设计与实现硕士论文》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一款0.13微米工艺下数模混合锁相环的设计与实现硕士论文（57页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、国防科学技术大学硕士学位论文一款0.13微米工艺下数模混合锁相环的设计与实现姓名：朱恺申请学位级别：硕士专业：软件工程指导教师：孙永节20061101国防科学技术大学研究生院工程硕士学位论文摘要锁相环( P h a s e - L o c k e dL o 叩，P L L ) 技术是当代微处理器的核心技术之一。经过不断地发展，锁相环已经逐步从性能较低的线性模拟锁相环发展到现代的高性能数字锁相环和数模混合锁相环。在众多锁相环技术中，数模混合的电荷泵锁相环( C P P L L ) 以其锁定相差小和捕获范围大的优点成为当前锁相环产品的主流。本文以实际工程应用需求为背景，设计实现了一款基于O 1 3
2、 p r oC M O S 工艺的电荷泵锁相环，可以m 硬核的形式应用于微处理器或者S O C 设计中。本文针对传统电荷泵锁相环充放电瞬间的过冲现象，利用电压跟随技术消除了过冲；加入低频和高频检测电路实现了锁相环的失锁保护；使用屏蔽和版图设计技术极大地提高了整个锁相环的抗干扰能力。论文的主要研究内容有：1 研究了锁相环电路的基本原理和工作机制，在此基础上分析了锁相环的系统模型并对环路的稳定性从连续和离散时间特性两个方面进行了深入讨论。2 研究了噪声的产生机制及噪声对锁相环稳定性的影响，提出了噪声抑制的方法，并应用于实际的锁相环设计。3 提出了一种应用于锁相环设计的低功耗布局布线方法。4 在O
3、1 3 p r oC M O Sm 艺下设计实现了一款高性能数模混合锁相环，稳定频 率输出范围为2 0 0 M H z 8 0 0 瑚z 。主题词：锁相环，数模混合，压控振荡器第i 页国防科学技术大学研究生院工程硕士学位论文A 1 3 S T R A C TP L Li so n eo ft h em o s ti m p o r t a n tt e c h n o l o g i e sf o rm o d e mm i c r o p r o c e s s o r s I nt h ep a s ta a r t yy e a r s , P L Lh a sd e v e l o p
4、 e df r o mL i n e a rP L Lt oD i 百t a lP L La n dM i x e d - S i g n a lP L L A m o n gt h ev a r i o u sP L L s ，C h a r g e - P u m pP L L ( C P P L Uh a st h ew i d e s tp u l l - i nr a n g ea n dt h es m a l l e s tz e r oc a p t u r ep h a s ee r r o r , a n dC P P L Lh a sb e c o m i n gt h
5、em a i n s t r e a mi nr e c e n ty e a r s T om e e tt h en e e do far e a lp r o j e c t , aC P P L Li nO 1 3 t t mC M O Sp r o c e s sh a sb e e nd e v e l o p e d , a n di tc 锄b eu s e da sah a r dI Pi nm i c r o p r o c e s s o ra n dS O Cd e s i g n T oe l i m i n a t et h ep o p u l a ro v e
6、r c h a r g eo fC P P L L ，v o l t a g et r a c kt e c h n o l o g yh a sb e e nu s e d L o wa n dI - E i g hF r e q u e n c yD e t e c tc i r c u i t sh a v eb e e na d d e dt op r o t e c tt h eP L Lf r o md e a d - l o c k F u r t h e r m o r e , s h i e l d i n ga n dl a y o u tt e c h n i q u e
7、 sh a v eb e e nw i d e l yp r o p o s e dt oi m p r o v en o i s ep e r f o r m a n c eo f t h eP L L ，T h em a i nc o n t e n ti n c l u d e s ：1 T h ef u n d a m e n t a l sa n dm o s ti m p o r t a n tm e c h a n i s m so fP L Lh a v eb e e ns t u d i e d T h es y s t e mm o d e lo fP L Lh a sb
8、e e na n a l y z e 也a n dt h es t a b a i t yo fI L Ll o o ph a sb e e nl u c u b r a t e df r o mb o t hc o n t i n u i n ga n dd i s c r e t e - t i m ec h a r a c t e r i s t i c 2 N o i s es o u r c e sa n dt h e i ri m p a c tO ns t a b i l i t yo fP L Ll o o ph a sb e e ni n v e s t i g a t e
9、d ,n o i s ec o n t r o lm e t h o d sh a v eb e e np r o p o s e da n du s e di nr e a lp r o j e c t 3 Ap o w e ra w a r eP & R ( P l a c e m e n tA n dR o u t i n g ) m e t h o dh a sb e e np r o p o s e da n dr e a l i z e di nr e a lP L Lp r o j e c t 4 Ah i g h p e r f o r m a n c eM i x e d -
10、 s i g n a lP L Li n0 1 3 t t mC M O S 珥o c e 站h a sb e e nd e s i g n e d T h eP L Lh a saw i d ef r e q u e n c yr a n g e 筋m2 0 0t o8 0 0 M H z K e yW o r d s ：P h a s e - L o c k e dL o o p 口L L ) ，M i x e d - S i g n a l ，V o l t a g eC o n t r o l l e dO s c i l l a t o r ( V C O )第i i 页国防科学技术
11、大学研究生院工程硕士学位论文表目录表4 - 1 锁相环环路参数第页国防科学技术大学研究生院工程硕士学位论文图目录图2 - 1 基本的锁相环模型图2 - 2 电荷泵锁相环模型图2 - 3 一阶低通滤波器和二阶低通滤波器图2 - 4 锁相环系统模型图2 - 5 阻尼因子的幅频与相频特性曲线图2 - 6 特征根示意图图3 - 1 锁相环噪声等效图。图3 - 2 衬底耦合噪声的产生图3 3 采用保护环保护敏感电路。图 1 鉴相器时序关系图图4 2 由两个带反馈的触发器构成的鉴相器图4 3 鉴相器理想工作波形与实际工作波形图4 - 4 鉴相器死区示意图图4 _ 5 采用延迟器件增加输出脉冲宽度图4 6
12、锁定状态下鉴相器的模拟结果。图4 7 未锁定状态下鉴相器的模拟结果。图禾8 鉴相器的版图设计图4 9 电荷泵电路的基本结构图4 - 1 0 带有电流源的电荷泵结构图4 - 1 1 电荷泵电流源失配示意图图4 1 2 电荷泵等效电路图4 - 1 3 过冲波形示意图 图4 - 1 4 利用运算放大器实豌的电压跟随消除过冲法图4 - 1 5 用N M O S 管的饱和区实现电流源图4 - 1 6 电荷泵逻辑图图4 - 1 7 电荷泵基准电压产生电路图4 - 1 8 电荷泵电路的s p i c e 模拟。图4 - 1 9 电荷泵电路的版图图4 - 2 0 常用的低通滤波器图4 - 2 1 压控振荡器输
13、入输出示意图图4 - 2 2 压控振荡器组成框图图4 - 2 3 五级环形振荡器1 31 61 61 81 8。2 22 3。2 42 52 62 62 62 7第1 V 页J mnB坶加加殂如孔孔国防科学技术大学研究生院工程硕士学位论文图4 - 2 5 改进的环型振荡器差分振荡单元图4 - 2 6 偏置电压单元图4 - 2 7 整形器的输出波形图4 - 2 8 波形整形单元图4 - 2 9 压控振荡器模拟结果。图4 - 3 0 压控振荡器版图图4 - 3 1 失锁检测电路图4 - 3 2 低频检测电路图4 - 3 3 高频检测电路图4 - 3 4 可编程分频器逻辑框图3 33 53 63 6
14、3 73 83 8图4 - 3 5 锁相环版图布局示意图。图4 - 3 65 0 0 M H z 全环路的模拟结果波形4 04 14 2图4 - 3 78 0 0 M H z 全环路的模拟结果波形4 2第v 页独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表和撰写过的研究成果，也不包含为获得国防科学技术大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文题目：= 蒸Q ：1 2 筮鲞三艺王熬搓星佥毯担叠盟遮
15、盐生塞理学位论文作者签名：豸! ! I ：丝日期：伊g 年L f 月叼日学位论文版权使用授权书本入完全了解国防科学技术大学有关保留、使用学位论文的规定本人授权国防科学技术大学可以保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子文档，允许论文被查阅和借阅；可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复翩手段保存，汇编学位论文( 保密学位论文在解密后适用本授权书)学位论文作者签名：盗：l 生作者指导教师签名日期：2 一。g 年，7 月1 7 日啪l 私H57 P国防科学技术大学研究生院工程硕士学位论文第一章绪论1 1 课题研究背景现代锁相技术始于3 0 年代，在现代集成电路设计中极为重要且频繁应用，范围渗透到各个领域，包括通信、计算机直至各种家用电器。锁相环电路也由简单的模拟电路发展到数模混合电路和全数字电路，由二阶发展到三阶和更高阶。它属于闭环相位自动控制系统，它具有独特的窄带跟踪性能，既能跟踪输入
