一种宽频带低抖动锁相环

详细分析了自偏置锁相环(PLL)的工作原理,采用一种新颖的折叠式电荷泵(CP)结构,包含一个宽摆幅电流镜,实现了更好的电流匹配,降低了PLL的系统抖动。该PLL采用130 nm CMOS工艺进行制造。VCO的调频范围为0.43~1.54 GHz。在1.25 GHz工作频率下,频偏1 MHz处,PLL的相位噪声为-89.6 dBc/Hz,均值抖动为3.03 ps,峰峰值抖动为18.16 ps,芯片面积仅为0.34 mm²。     

一种应用于阵列TDC的低抖动锁相环设计

传统的PLL（Phase Locked Loop）电路受限于环路参数的选定,其相位噪声与抖动特性已经难以满足大阵列、高精度TDC（Time-to-Digital Converter）的应用需求.本文致力于PLL环路带宽的优化选取,采取TSMC 0.35μm CMOS工艺实现了一款应用于TDC的具有低抖动、低噪声特性的锁相环（Phase Locked Loop,PLL）电路,芯片面积约为0.745mm×0.368mm.实际测试结果表明,在外部信号源输入15.625MHz时钟信号的条件下,PLL输出频率可锁定在250.0007MHz,频率偏差为0.7kHz,输出时钟占空比为51.59%,相位噪声为114.66dBc/Hz@1MHz,均方根抖动为4.3ps,峰峰值抖动为32.2ps.锁相环的相位噪声显著降低,输出时钟的抖动特性明显优化,可满足高精度阵列TDC的应用需要.     

基于DDS 与PLL 的C 波段宽带线性扫频源

利用直接数字频率合成(DDS)和锁相环(PLL)技术相结合的混合频率合成方案,研制了一种C波段宽带、高频率分辨率、快速线性扫频的频率源。为了给PLL 提供低相位噪声的宽带扫频参考信号,选用ADI 的DDS芯片AD9914,并利用阶跃恢复二极管(SRD)高次倍频电路结合二倍频器产生高达3400 MHz 的时钟信号。通过上位机配置AD9914 内部频率调谐字和数字斜坡发生器,产生512.5-987.5MHz 的扫频参考信号,其频率分辨率可精细到赫兹量级。选用低附加噪声的鉴相器和宽带VCO 芯片设计C 波段锁相源,在宽带工作频率范围内对DDS 扫频信号进行快速跟踪,并有效抑制杂散信号。实测结果表明,该扫频源工作频率为4. 1- 7. 9 GHz,在频率分辨率配置为0. 38 MHz 时,单向扫频周期为1 ms,扫频线性度为1. 58×10-6 。单频点输出时相位噪声优于-114 dBc/ Hz@ 10 kHz和-119 dBc/ Hz@ 100 kHz,杂散抑制优于69 dBc。     

一种高工作频率、低相位噪声的CMOS环形振荡器

采用全开关状态的延时单元和双延时路径两种电路技术设计了一种高工作频率、低相位噪声的环形振荡器。环路级数采用偶数级来获得两路相位相差90°的正交输出时钟,芯片采用台湾TSMC0.18μmCMOS工艺。测试结果表明,振荡器在5GHz的工作频率上,在偏离主频10MHz处相位噪声可达-89.3dB/Hz。采用1.8V电源电压时,电路的功耗为50mW,振荡器核芯面积为60μm×60μm。     

全集成低相位噪声LC压控振荡器设计

提出了一种应用于ISM频段的低相位噪声LC VC0。电路采用TSMC 0．18μm1P6M混合信号CMOS工艺进行设计,芯片版图面积740μm×700μm。在电源电压为1．8V时,后仿真结果表明,电路工作频率为2．4GHz时,调谐范围为23％。在偏离中心频率1MHz处,相位噪声为-124．2dBc／Hz。核心部分功耗约为7．56mW。     

一种基于注入锁定环形振荡器的时钟产生电路

提出了一种基于谐波注入锁定数控环形振荡器的时钟产生电路。采用注入锁定技术,极大地抑制了环形振荡器的相位噪声。在频率调谐环路关断的情况下,数控式振荡器可以正常工作,与需要一直工作的锁相环相比,大大节省了功耗。分析了电路的参考杂散性能。在65 nm CMOS工艺下进行流片测试,芯片的面积约为0.2 mm²。测试结果表明,设计的时钟产生电路工作在600 MHz时,1 MHz频偏处的相位噪声为-132 dBc/Hz,在1 V的电源电压下仅消耗了5 mA的电流。     

一种超高频RFID阅读器中的双环锁相环

采用GF 130 nm CMOS工艺,设计了一种低功耗低噪声的电荷泵型双环锁相环,该锁相环可应用于符合国际及中国标准的超高频射频识别阅读器芯片。通过对双环锁相环在带宽和工作频率上的合理设置,以及对压控振荡器中变容二极管偏置电阻及电荷泵中参考杂散的理论分析和优化设计,改进了锁相环电路功耗和噪声性能。仿真结果表明,该锁相环在输出工作频率范围为840~960 MHz时,功耗为31.21 mW,在距中心频率840.125 MHz频偏100 kHz处的相位噪声为 -108.5 dBc/Hz,频偏1 MHz处的相位噪声为 -132.3 dBc/Hz。与同类锁相环相比较,本文电路在噪声和功耗方面具有一定优势。     

变压器耦合的4.6GHz高性能正交CMOS压控振荡器设计

设计一种采用平面螺旋变压器作为耦合终端的CMOS电感电容正交压控振荡器,该正交VCO采用SMIC 0.18 um 数模混合&RF 1P6M CMOS工艺进行了流片验证。测试结果表明：电路在1.8 V电源供电和工作频率为4.6 GHz时,相位噪声为-125.7 dBc/Hz@1MHz,核心直流功耗仅为10 mW。根据时域的输出波形,测量的相位误差大约为1.5°,输出功率约为-2dBm。芯片的工作频率为4.36-4.68 GHz,调谐范围为320MHz(7.0％),电路的优值为-189dB。     

单片UHF RFID阅读器中VCO及其预分频器设计

提出了一种应用于860～960 MHz UHF波段单片射频识别(RFID)阅读器的低相位噪声CMOS压控振荡器(VCO)及其预分频电路.VCO采用LC互补交叉耦合结构,利用对称滤波技术改善相位噪声性能,预分频电路采用注入锁定技术,用环形振荡结构获得了较宽的频率锁定范围.电路采用UMC 0.18 μm CMOS工艺实现,测试结果表明:VCO输出信号频率范围为1.283～2.557 GHz,预分频电路的频率锁定范围为66.35%,输出四相正交信号.芯片面积约为1 mm×1 mm,当PLL输出信号频率为895.5 MHz时,测得其相位噪声为-132.25 dBc/Hz@3 MHz,电源电压3.3 V时,电路消耗总电流为8 mA.     

超低功耗低相位噪声CMOS LC-VCO的设计与实现

设计了一种全集成交叉耦合变压器反馈的LC压控振荡器（LC-VCO）,该VCO即使在电源电压低于阈值电压的情况下实现了低相位噪声和超低功率消耗。该超低功耗的VCO采用SMIC 0.18um 数模混合&RF 1P6M CMOS工艺进行了流片验证。测试结果表明：电路在0.4 V电源供电和工作频率为2.433 GHz时,相位噪声为-125.3 dBc/Hz@1MHz,核心直流功耗仅为640uW。芯片的工作频率为2.28-2.48 GHz,调谐范围为200 MHz (8.7%),电路的优值为-195.7dB。该VCO完全可以满足IEEE 802.11b接收机的应用要求。     

宽带低相噪CMOS LC VCO的设计

设计了一款宽带CMOSLCVCO,在分析VCO相位噪声来源的基础上,对VCO进行了结构优化和噪声滤除,并采用了开关电容阵列以增加带宽。电路采用0.18μmCMOS射频工艺进行流片验证,芯片面积为0.4mm×1mm。测试结果显示:芯片的工作频率为3.34～4.17GHz,中心频率为4.02GHz时输出功率是-9.11dBm,相位噪声为-120dBc/Hz@1MHz,在1.8V工作电压下的功耗为10mW。     

低抖动锁相环中压控振荡器的设计

压控振荡器(VC0)作为PLL系统中的关键模块,其相位噪声对PLL相位噪声和抖动产生决定性影响.在对PLl系统噪声及VCO相位噪声分析的基础上,基于CSMC 0.5μm CMOS工艺,设计了一款低相位噪声两级差分环形VCO.Spectre RF仿真结果表明,VCO频率调谐范围为524 MHz～1.1 GHZ,增益最大值Kvco为-636.7 MHz/V,900 MHz下VCO相位噪声为-116.2dBc/Hz@1 MHz,功耗为21.2 mW.系统仿真结果表明,VCO相位噪声对PLL抖动的贡献小于1 ps.     

GPS射频接收芯片中低功耗压控振荡器的设计

设计了一种应用于GPS射频接收芯片的低功耗环形压控振荡器.环路由5级差分结构的放大器构成.芯片采用TSMC 0.18 μm CMOS工艺,核心电路面积0.25 mm×0.05 mm.测试结果表明,采用1.75 V电源电压供电时,电路的功耗约为9.2 mW,振荡器中心工作频率为62 MHz,相位噪声为-89.39 dBc/Hz @ 1 MHz,该VCO可应用于锁相环和频率合成器中.     

高速低功耗传输电路的时钟系统设计

利用锁相环(PLL)为高速低功耗并行传输电路发射机生成时钟信号的系统。设计了一个稳压器(Voltage Regulator),为PLL中对噪声敏感的模块提供低噪声的电压源。在此基础上提出了一种新型的动态改变工作频率的方法,应用于源同步(source-synchronous)模式的高速传输电路。此方法可以在不改变PLL状态的情况下快速改变输入输出(I/O)电路的工作频率,降低功耗。整个芯片采用0.18μm CMOS工艺设计并流片测试成功。     

一种新型的全片内低噪声CMOS低压差线性稳压器

提出了一种全片内集成的低噪声CMOS低压差线性稳压器(LDO).首先建立传统LDO的噪声模型,分析了关键噪声来源并提出采用低噪声参考电压源来降低LDO输出噪声的方法.其次,提出一种带数字校正的基于阈值电压的低噪声参考电压源,用TSMC 0.18μm RF CMOS工艺设计并完成了为低相位噪声锁相环(PLL)电路供电的全片内集成低噪声LDO的流片和测试.该LDO被集成于高性能射频接收器芯片中.仿真结果表明,LDO的输出噪声低于26nV/√Hz@100kHz,14nV/√Hz@1MHz,电源抑制比达到-40dB@1MHz,全频率范围内低于-34dB.测试结果表明采用该低噪声LDO的PLL电路与采用传统LDO的PLL电路相比,其相位噪声降低6dBc@lkHz,低2dBc@200kHz.     

一种新型的全片内低噪声CMOS低压差线性稳压器

提出了一种全片内集成的低噪声CMOS低压差线性稳压器(LDO).首先建立传统LDO的噪声模型,分析了关键噪声来源并提出采用低噪声参考电压源来降低LDO输出噪声的方法.其次,提出一种带数字校正的基于阈值电压的低噪声参考电压源,用TSMC 0.18μm RF CMOS工艺设计并完成了为低相位噪声锁相环(PLL)电路供电的全片内集成低噪声LDO的流片和测试.该LDO被集成于高性能射频接收器芯片中.仿真结果表明,LDO的输出噪声低于26nV/√Hz@100kHz,14nV/√Hz@1MHz,电源抑制比达到-40dB@1MHz,全频率范围内低于-34dB.测试结果表明采用该低噪声LDO的PLL电路与采用传统LDO的PLL电路相比,其相位噪声降低6dBc@lkHz,低2dBc@200kHz.     

一种应用于低噪声PLL的RF-VCO设计

在PLL电路设计中,压控振荡器设计是电路的关键模块,按类型又主要分为LC震荡器和环形振荡器两种,其性能直接决定了相位噪声、频率稳定度及覆盖范围。文章介绍了一款1.8 GHz的基于交叉耦合对LC结构的低噪声CMOS压控振荡器的设计,并对调谐范围、相位噪声以及电路起振条件等做了分析讨论。该设计采用0.18μm 6层金属CMOS工艺制造,模块面积为0.3 mm2,电路经过Cadence SpectreRF仿真,VCO的输出范围为1 594~2 023 MHz,中心频率1.8 GHz输出时相位噪声为-118 dBc/Hz@600 kHz,1.9 GHz输出时相位噪声为-121 dBc/Hz@600 kHz。结果表明该VCO设计达到了较宽的频率覆盖范围和较低的相位噪声,可以满足低噪声PLL的设计要求。     

应用于高速串行接口的低噪声时钟发生器

设计了一种应用于28 Gbit/s高速串行接口的低噪声时钟发生器,包括全差分电荷泵、差分环路滤波器、差分压控振荡器。为了降低相位噪声,采用全差分结构来降低共模噪声和电流失配。为了进一步降低小数分频器引入的噪声,提出一种基于计数器的分频器。为了保证时钟发生器在各种工艺和温度偏差下均能自动锁定,设计了自适应调谐电容电路。采用65 nm CMOS工艺进行设计,芯片面积为0.36 mm²,整体功耗为36 mW。后仿真结果表明,该时钟发生器在14 GHz 锁定后的相位噪声是-113 dBc@1 MHz,压控振荡器的调谐范围是12.8~15.0 GHz,自动锁定电路能在全调谐范围内对电路进行自动调整和锁定。     

一种宽频带CMOS高速锁相环

基于55 nm CMOS工艺,设计了一种宽频带高速锁相环(PLL)。PLL中的压控振荡器(VCO)采用8位开关电容阵列和变容管阵列,实现了对VCO振荡频率的调节和不同频段之间的切换。VCO采用分段式结构,实现了8.7~12.5 GHz的宽频率范围。分段结构中,每个频段的频率增益Kvco较低,实现了良好的相位噪声性能。仿真结果表明,在1.2 V电源电压下,该PLL的最高工作频率为12.5 GHz,锁定时间为小于2.5 μs,相位噪声为-106 dBc·Hz-1@1 MHz。     

变压器反馈的超低功耗低相位噪声CMOSLC-VCO设计

设计了一种全集成交叉耦合变压器反馈的LC压控振荡器(LC-VCO),该VCO在电源电压低于阈值电压的情况下实现了超低功率消耗和低相位噪声.该超低功耗的VCO采用SMIC 0.18μm数模混合RF 1P6M CMOS工艺进行了流片验证.测试结果表明:电路在0.4V电源供电和工作频率为2.433GHz时,相位噪声为-125.3dBc/Hz(频偏1MHz),核心直流功耗仅为720μW.芯片的工作频率为2.28～2.48GHz,调谐范围为200MHz(8.7%),电路的优值为-193.7dB,信号的输出功率约为1dBm.该VCO完全可以满足IEEE 802.11b接收机的应用要求.