应用于短距离器件的带频率自校准分数分频频率综合器的研究与设计

论文摘要

短距离无线通信技术与其他无线通信技术相比由于通信距离短而具有较低的功耗,此外短距离无线通信技术一般采用无需许可的工业、科学和医疗（Industry Science Medical,ISM）频段,因而被广泛使用。短距离器件（Short Range Device,SRD）以功耗小,开发周期短和应用广泛等特点在短距离无线通信技术中脱颖而出。频率综合器是SRD收发器的关键模块,本文主要工作是研究与设计应用于SRD收发器的频率综合器。首先,论文在分析了各种常见的频率综合器的体系结构的基础上,选取了最适合应用于SRD收发器的体系结构,并根据典型的SRD标准ETSIEN330 200规定的收发器的要求,制定了适用于SRD的两种不同频段的频率综合器的各项性能指标。接着,论文对分数分频频率综合器的相位噪声作了理论分析,给出了环路相位噪声与环路各个模块噪声之间的联系,着重分析了鉴频鉴相器和电荷泵的非线性因素对S-△调制器的噪声特性的影响,为具体改进电路结构和调节晶体管参数以提高环路相位噪声性能提供了理论依据。然后,论文仔细研究了各种常见的频率自校准技术的特点,提出了一种改进型的频率自校准技术,仿真结果已经证实改进型的频率自校准技术在速度和功耗方面具有明显的优势。最后,论文实现了应用于SRD的900MHz带频率自校准分数分频频率综合器,其中在压控振荡器的设计中提出了一种较电感更节省面积的数控电阻阵列的结构;在分频器的设计中提出了一种相位选择型的预分频器,并优化了源极跟随器的设计;在S-△调制器的设计中采用了3位三阶单环结构;在鉴频鉴相器的设计中,引入了反馈延时可控的结构;芯片由0.35-μmCMOS标准工艺制造,测试结果表明各项指标均已达到性能指标要求。此外,论文还实现了应用于SRD的433MHz带频率自校准分数分频频率综合器,其中在压控振荡器的设计中,在尾电流中增加了低通滤波器改善了相位噪声;在分频器的设计中,通过仔细调节晶体管的尺寸使第一级除2电路能在1GHz的频率范围、800mV的输入电压范围内正确分频;芯片由0.25-μmCMOS标准工艺制造,仿真结果和压控振荡器的版图后仿真结果表明各项指标均能达到性能指标要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 前言
• 1.1 研究背景
• 1.2 论文的主要工作和创新
• 1.3 论文的组织安排
• 第2章 频率综合器体系结构和性能指标
• 2.1 频率综合器体系结构
• 2.1.1 组合式频率综合器
• 2.1.2 直接数字频率综合器
• 2.1.3 锁相环频率综合器
• 2.2 频率综合器性能指标
• 2.2.1 相位噪声
• 2.2.2 频谱杂散
• 2.2.3 频率分辨率
• 2.2.4 建立时间
• 2.3 ETSI EN 330 200对频率综合器的要求
• 2.3.1 ETSI EN 330 200标准简介
• 2.3.2 频率综合器的具体要求
• 2.4 本章小结
• 第3章 环路相位噪声分析
• 3.1 环路相位噪声概述
• 3.2 环路各个模块噪声分析
• 3.2.1 ∑△调制器的噪声分析
• 3.2.2 多模分频器的噪声分析
• 3.2.3 鉴频鉴相器的时钟抖动
• 3.2.4 电荷泵的噪声分析
• 3.2.5 压控振荡器的噪声分析
• 3.2.6 环路滤波器的噪声分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 频率自校准技术
• 4.1 频率自校准技术概述
• 4.2 传统的频率自校准技术
• 4.2.1 闭环频率自校准技术
• 4.2.2 开环频率自校准技术
• 4.3 改进的频率自校准技术
• 4.4 本章小结
• 第5章 电路实现
• 5.1 900MHz分数分频频率综合器的实现
• 5.1.1 电路设计
• 5.1.2 测试结果
• 5.2 433MHz分数分频频率综合器的实现
• 5.2.1 电路设计
• 5.2.2 仿真结果
• 5.3 本章小结
• 第6章 总结和展望
• 参考文献
• 致谢