TD-SCDMA(Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access、时分同步码分多址)是具有中国自主知识产权的、在国际上被广泛接受和认可的，且在市场上被广泛使用的第三代移动通信标准(简称3G)。TD-LTE即TD-SCDMA Long Term Evo...
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TD-SCDMA(Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access、时分同步码分多址)是具有中国自主知识产权的、在国际上被广泛接受和认可的，且在市场上被广泛使用的第三代移动通信标准(简称3G)。TD-LTE即TD-SCDMA Long Term Evolution，是TD-SCDMA的长期演进。作为中国自主标准，TD-LTE的创新、产业化和国际化发展在政府领导下被全力推动。\n 基于我国TDD(Time Division Duplexing，时分双工)频谱分配情况，TD-SCDMA系统工作在A频段(band34，2010～2025MHz)以及F频段(band39，1880～1920MHz)，TD-LTE工作于D频段(band38，2570～2620MHz)、E频段(band40，2300～2400MHz)和F频段。为了同时支持TD-LTE Band38/39/40和TD-SCDMA Band34/39，并提高终端的兼容性和集成度，就需要应用多模多频(multi-mode multi-frequency)的单芯片无线通信系统。\n 无线收发机射频前端的性能极大地影响着通信系统的通信质量，它决定了信道切换的快慢、信噪比以及系统的稳定性。频率综合器是射频前端的核心模块之一，它给收发机中的变频电路提供频率精确的、可编程的、高质量的本地载波信号，其频率调谐范围决定了通信频段，频率精度决定了信道调整步长，锁定时间就决定了信道切换时间，频谱纯度很大程度上影响通信的信噪，它的环路稳定性也决定了无线收发系统的稳定性。因此，多模多频的应用给频率综合器的设计带来巨大挑战。\n 为实现TD-SCDMA/TD-LTE高信噪比及小信道调整步长的要求，本文中的频率综合器采用基于CMOS工艺的ΔΣ(Delta-Sigma)分数分频电荷泵型锁相环频率综合器结构。为覆盖宽频率调谐范围，采用了宽带的多子带压控振荡器(voltage-controlled oscillator，VCO)，这就使得要增加粗调谐环路以进行VCO自动频率校正(auto frequency calibration，AFC)。此外，宽的频率调谐范围可能导致环路带宽不稳定出现失锁，本文设计了恒定带宽校正(loop band-width calibration，LBC)模块以实现稳定的带宽。为实现快速信道切换，本文中VCO自动频率校正采用数字开环直接计数以减少校正时间。同时，为了将电路简单化及提高电路利用率，恒定带宽校正也采用数字方式实现。此外，鉴于TD-LTE要求信道切换时间小于30μs，本设计设置了动态的环路带宽调节机制，在细调谐环路连接初始采用大环路带宽实现快速锁定，接近锁定后，回到稳定的环路带宽。如此，可以满足快速锁定和带宽稳定性的要求。\n 本文分别针对自动频率校正、恒定环路带宽校正和快速锁定提出相应的分析和设计技术，具体的研究内容如下:\n 1.介绍锁相环频率综合器的基本工作原理和主要性能指标，描述了Δ∑分数分频锁相环基本模块，并对环路进行分析，最后说明TD-LTE频率综合器的设计要求;\n 2.采用基于分频比的开环数字直接计数的自动频率校正方法实现快速频率校正，其中采用的高速频率数字转换器(high-speed frequency data convertor，HSFDC)能将高达5GHz的VCO输出频率信号在一段时间内计数转换为数字信号。结果表明，为实现3.25MHz的频率校正精度，AFC校正时间5.38μs;\n 3.恒定带宽校正方法是通过调节电荷泵电流补偿分频比和VCO调谐增益(VCO gain，KVCO)的变化，实现稳定的环路带宽，改变了宽带锁相环中出现的环路带宽变化大的问题。恒定带宽校正电路复用了自动频率校正电路中的HSFDC，提高了电路利用率。恒定带宽校正在满足5％的精度时，校正时间为1.846μs;\n 4.采用动态环路带宽实现快速锁定，通过改变电荷泵电流调节环路带宽。校正工作结束后，用大电荷泵电流实现大环路带宽如此加快锁定，接近锁定时，电荷泵电流设置为恒定带宽校正模块计算得到的电荷泵最优值，如此，环路工作在稳定的工作带宽;\n 5.在前面所述的理论分析和技术的基础上，在0.13-μm1P8M CMOS工艺上实现了一款应用于TD-LTE&TD-SCDMA的分数分频频率综合器芯片。该芯片具有自动频率校正、恒定带宽校正、以及快速锁定功能。
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