60GHz通信技術(shù)是近年來無線通信領(lǐng)域研究的熱點,該技術(shù)可廣泛應(yīng)用于無線個域網(wǎng)、影音信號傳輸、無線USB等短距離高速率數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)。目前,國內(nèi)外各大標(biāo)準(zhǔn)化組織已提出了各種60GHz通信標(biāo)準(zhǔn),如ECMA-387、IEEE-802.15.3c、IEEE-802.11aj等,規(guī)定了相應(yīng)的載波頻率、信道帶寬等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)�；谝陨蠘�(biāo)準(zhǔn)的收發(fā)機系統(tǒng)和集成電路設(shè)計已經(jīng)成為相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點。頻率綜合器作為收發(fā)機系統(tǒng)的重要組成部分,其性能直接影響系統(tǒng)的傳輸速率與誤碼率。因此,研究和設(shè)計應(yīng)用于60GHz通信系統(tǒng)的頻率綜合器具有重要理論意義和應(yīng)用價值。本文基于CMOS工藝,對應(yīng)用于60GHz通信系統(tǒng)的頻率綜合器關(guān)鍵技術(shù)進行了研究。在研究與分析的基礎(chǔ)上,設(shè)計了頻率綜合器中的關(guān)鍵模塊電路,包括壓控振蕩器、分頻器、鑒頻鑒相器、電荷泵、鎖相環(huán)和倍頻器,并進行了流片與測試驗證。本文討論了鎖相環(huán)頻率綜合器的結(jié)構(gòu)及原理,對鎖相環(huán)的穩(wěn)定性和頻率綜合器相位噪聲的組成進行了分析。基于60GHz滑動中頻收發(fā)機系統(tǒng)的需求,提出48GHz頻率綜合器的系統(tǒng)級設(shè)計方案,并建立了頻率綜合器的行為級模型�；谛袨榧壞Ｐ蛯︻l率綜合器進行相... 

【文章來源】：東南大學(xué)江蘇省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：179 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

電荷泵鎖相環(huán)相位裕度最大值與電容比b的函數(shù)關(guān)系曲線

東南大學(xué)博士學(xué)位論文56其輸出頻率范圍為23.9~25GHz，1MHz頻偏處相位噪聲小于101dBc/Hz。由仿真結(jié)果可知，該初始設(shè)計在輸出頻率范圍方面尚未達到24~26GHz的預(yù)期指標(biāo)。其主要原因是：可變電容模塊的容值變化范圍過校初始設(shè)計中可變電容模塊的容值和品質(zhì)因數(shù)曲線如圖3-24所示，其實際的品質(zhì)因數(shù)最小值為5，最大容值為47fF，最小容值為17.8fF。而最大/最小容值比約為2.7，低于預(yù)估值。圖3-23壓控振蕩器初始設(shè)計仿真結(jié)果容值品質(zhì)因數(shù)品質(zhì)因數(shù)容值(fF)VTUNE(V)圖3-24壓控振蕩器初始設(shè)計可變電容容值及品質(zhì)因數(shù)曲線為了獲得更寬的調(diào)諧范圍，需要使用變?nèi)莘秶蟮目勺冸娙荨Ｈ鐖D3-17所示，增大AMOS管的尺寸，可獲得更大的變?nèi)莘秶�，但品質(zhì)因數(shù)會降低，進而降低諧振回路的品質(zhì)因數(shù)QT。由3.3.2中振蕩器相位噪聲模型的分析可知，相位噪聲與QT成反比。理論上，為了提高相位噪聲性能，應(yīng)盡量使QT取最大值。因此，單純地使用變?nèi)莘秶蟮腁MOS管并不是擴展頻率調(diào)諧范圍最好的解決方式。

第3章毫米波壓控振蕩器研究與設(shè)計61圖3-31優(yōu)化后的壓控振蕩器輸出頻率仿真曲線圖3-32優(yōu)化后的壓控振蕩器1MHz頻率偏移處相位噪聲仿真曲線3.4.4版圖設(shè)計與場-圖聯(lián)合仿真24GHz壓控振蕩器電路版圖如圖3-33所示。該電路使用65nm低功耗CMOS工藝設(shè)計，核心部分面積為220×315μm2。本文所設(shè)計的壓控振蕩器為差分結(jié)構(gòu)，在版圖設(shè)計時應(yīng)盡可能保持元件、連線的對稱布局，以保證輸出信號的對稱性。由圖3-16中振蕩器的電路結(jié)構(gòu)可見，電路中使用的成對元件較多，包括PMOS管、NMOS管、可變電容和電容陣列，且電感也是對稱結(jié)構(gòu)，在進行版圖布局時易于保證對稱性。需要注意的是，調(diào)諧電壓VTUNE會與振蕩器的節(jié)點A發(fā)生交叉，如圖3-34(a)所示。該交叉會在VTUNE與A點間引入一個寄生電容，使振蕩信號耦合到直流信號上，破壞版圖以及輸出信號的對稱性，甚至?xí)鹣辔辉肼暤膼夯�。為了降低信號耦合帶來的影響，在本電路的版圖設(shè)計中，VTUNE信號線使用了0.1μm的窄

【參考文獻】：
期刊論文
[1]60GHz毫米波無線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)綜述[J]. 彭曉明,卓蘭.  信息技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化. 2012(12)
[2]60GHz毫米波無線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究[J]. 卓蘭,郭楠.  信息技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化. 2011(11)

博士論文
[1]基于CMOS工藝的射頻毫米波鎖相環(huán)集成電路關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 劉法恩.東南大學(xué) 2015

碩士論文
[1]低電壓低功耗鑒頻鑒相器與電荷泵的設(shè)計[D]. 汪偉江.東南大學(xué) 2016



本文編號：3478176