基于相位插值技术的小数分频锁相环设计

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锁相环作为无线通信系统的关键电路模块,有着广泛的应用。传统的整数分频锁相环由于频率分辨率较低,不能满足高精度的系统要求。小数分频锁相环能够在不降低参考频率的情况下提高频率分辨率,实现高精度低相位噪声的频率输出。本文设计的小数分频锁相环由数字和模拟两部分组成,主要工作内容和创新点如下:1)提出的电流模复合相位插值模块,有助于改善基于环形振荡器的小数分频锁相环的相位噪声性能,缓解了压控振荡器的相位噪声抑制和量化噪声抑制之间的带宽折衷问题。通过将相位检测和插值功能组合到异或门相位检测/插值模块中,可以在不使用校准的情况下实现量化误差的消除。2)自偏置环形压控振荡器采用了对称负载单元结构,有助于增加输出摆幅,抑制相位噪声。采用自偏置电路为环形振荡器提供偏置电压,提高了振荡器电源噪声的抑制能力。3)从稳定性方面考虑,Σ-Δ调制器采用三阶级联的MASH结构。Σ-Δ调制器的输出为相位累加器的输入信号提供扰动,使其不会出现周期性的输出,降低了小数杂散的影响。锁相环结构采用65nm CMOS工艺进行电路的设计和仿真,控制电压在0.1~1.2V的工作条件下仿真,压控振荡器输出的频率覆盖范围是0.125~1.148 GHz。当偏置电流取最小值时,压控振荡器的相位噪声为-102.087~-105.785dBc/Hz@1MHz;当偏置电流取最大值时,压控振荡器的相位噪声为-92.27~-92.94dBc/Hz@1MHz。当输出频率为0.594~1.119GHz时,环路的锁定时间小于6μs,RMS抖动为4.96 ps。
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