【摘要】：如今,數(shù)字化逐漸覆蓋世界的各個(gè)角落,這種高效的應(yīng)用方式加速了5G時(shí)代的到來(lái),對(duì)終端處理信息的速度和精度有著越來(lái)越高的要求。鎖相環(huán)作為時(shí)鐘產(chǎn)生的源端,輸出分辨率高、穩(wěn)定性強(qiáng)與低相位噪聲的信號(hào)能夠提升系統(tǒng)處理信息的能力。基于△Σ調(diào)制的小數(shù)分頻作為一種靈活且高頻率分辨率的技術(shù)廣泛地應(yīng)用在鎖相環(huán)路中,小數(shù)分頻的“平均”周期差異性導(dǎo)致的量化噪聲問題成為了高性能鎖相環(huán)需要突破的技術(shù)瓶頸,是近年來(lái)國(guó)際上小數(shù)分頻鎖相環(huán)研究的熱點(diǎn)與難點(diǎn)。本文針對(duì)國(guó)內(nèi)尚未廣泛涉及的量化噪聲抑制技術(shù)進(jìn)行研究,旨在設(shè)計(jì)一種數(shù)字化、分辨率較高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單以及能夠抑制量化噪聲的電路。本文首先介紹小數(shù)分頻鎖相環(huán)的原理和鎖相環(huán)中各電路模塊的特性,從理論上建立環(huán)路線性模型與噪聲模型。分析△Σ調(diào)制技術(shù)在小數(shù)分頻鎖相環(huán)中的量化噪聲整形作用,計(jì)算不同階數(shù)的△Σ調(diào)制器抑制噪聲的能力與本身自帶的噪聲影響。對(duì)比國(guó)際上幾種量化噪聲的優(yōu)化技術(shù),分析各自的優(yōu)缺點(diǎn)。然后,根據(jù)理論分析結(jié)果,在Simulink中對(duì)△Σ小數(shù)分頻鎖相環(huán)建模與仿真,從模型上分析鎖相環(huán)的環(huán)路特性以及△Σ調(diào)制器的作用。可以從仿真波形看出△Σ調(diào)制器量化會(huì)在鎖相環(huán)中引入新的噪聲,在Maltab中建模計(jì)算出與參考信號(hào)不同相位抖動(dòng)差的信號(hào)帶來(lái)的噪聲影響,通過對(duì)比提出量化噪聲的時(shí)域補(bǔ)償方法。本文根據(jù)時(shí)域補(bǔ)償方法設(shè)計(jì)量化噪聲優(yōu)化電路,采用△Σ調(diào)制器、DTC與多模分頻器相結(jié)合的設(shè)計(jì)方式�！鳓舱{(diào)制器控制多模分頻器產(chǎn)生不同分頻比同時(shí)調(diào)節(jié)DTC產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的時(shí)間間隔,使輸出信號(hào)周期盡量保持一致。此外,文中設(shè)計(jì)的DTC是一種全新的思路,DTC的粗調(diào)級(jí)以反相器相位插值的方式設(shè)計(jì),精調(diào)級(jí)通過觸發(fā)反相器的密勒效應(yīng)構(gòu)成密勒電容器,整個(gè)設(shè)計(jì)全部使用標(biāo)準(zhǔn)單元,是一種數(shù)字化電路。文中還根據(jù)相位插值的原理,設(shè)計(jì)了另一個(gè)數(shù)字化電路DCO,在仿真時(shí)提供振蕩信號(hào)。除了上述兩個(gè)電路設(shè)計(jì)之外,文中還有多模分頻器(MMD)以及△Σ調(diào)制器的數(shù)字電路設(shè)計(jì)模塊。本文基于40nmCMOS工藝,設(shè)計(jì)了一種數(shù)字電路結(jié)構(gòu)的小數(shù)分頻鎖相環(huán)量化噪聲時(shí)域優(yōu)化電路。在1.1V電壓下,9位DTC的調(diào)諧范圍為115.5ps,分辨率為251fs,INL為1.35ps,DNL為121fs,功耗為3.5mW�！鳓舱{(diào)制器與多模分頻器一起完成對(duì)環(huán)路信號(hào)小數(shù)分頻,DTC的補(bǔ)償技術(shù)優(yōu)化由于量化產(chǎn)生的噪聲。
【圖文】：

輸出的高低電平代表比較后的相位關(guān)系。而電荷泵的作用是將比較后的相位關(guān)系轉(zhuǎn)換成電壓值，經(jīng)過濾波器后傳入到 VCO 中，電荷泵模塊體現(xiàn)為一個(gè)增益模塊。圖3.1 鑒頻檢相器與電荷泵 Simulink 模型

遞到 VCO 中，VCO 根據(jù)傳入的電壓值控制頻率的輸出。環(huán)路濾波器的建模用線性系統(tǒng)傳輸函數(shù)表示，VCO 則使用連續(xù)時(shí)間域的模型，如圖 3.2 所示。圖3.2 環(huán)路濾波器與 VCO 的 Simulink 模型VCO 正常輸出的波形為正弦波，，為了便于分頻器計(jì)算，以及后續(xù)鑒頻檢相器的比較的準(zhǔn)確性，建模時(shí)加入一個(gè)正弦波轉(zhuǎn)換方波的裝置。由于△Σ 調(diào)制器采用三階 MASH 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，所以濾波器設(shè)置為三階低通濾波。在式(2-2)推導(dǎo)了一個(gè)二階環(huán)路濾波器的傳輸函數(shù)，三階環(huán)路濾波器的傳輸函數(shù)與之相似，直接給出：23 2( )1 1zp pAA sWLF ss s sW W Q (3-1)式中， 為濾波器的極點(diǎn)頻率， 為濾波器的零點(diǎn)頻率
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN772

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