检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：杨永晖朱坤峰杨法明刘玉奎黄文海黄东钱呈张金龙王鹏飞陈俊 400060 重庆市南岸区南坪花园路14号

本发明提供一种轨到轨输入级电路及运算放大器，所述轨到轨输入级电路包括输入差分对模块、尾电流源模块、共栅模块、共栅负载模块、电流镜模块及偏置电流源模块，输入差分对模块利用MOS管自身的体效应实现轨到轨输入。在本发明中，通... 详细信息

标准号: CN114665834A

本发明提供一种轨到轨输入级电路及运算放大器，所述轨到轨输入级电路包括输入差分对模块、尾电流源模块、共栅模块、共栅负载模块、电流镜模块及偏置电流源模块，输入差分对模块利用MOS管自身的体效应实现轨到轨输入。在本发明中，通过输入差分对模块与尾电流源模块、电流镜模块的配合设计，使得输入差分对模块可以利用MOS管自身的体效应实现输入信号的轨到轨输入乃至超过电源轨范围输入，输入信号的电压范围宽，不需要设计恒定跨导匹配电路，能有效避免现有输入轨到轨运算放大器电路的输入级中需要使用两对类型不同的输入管、需要对输入管进行跨导匹配而多设计的恒定跨导匹配电路，所带来的电路及版图的规模面积增加，以及对称性、匹配性下降问题。

关键词：电路轨到轨输入级电流镜模块恒定跨导匹配电路尾电流源输入管体效应共栅轨到轨运算放大器偏置电流源模块运算放大器负载模块面积增加下降问题电源轨匹配性输入级匹配配合

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用于光电传感器的高性能CMOS跨阻放大器研究

用于光电传感器的高性能CMOS跨阻放大器研究

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作者：黄子轩西安电子科技大学

学位级别：硕士

近年来,随着无人驾驶概念的兴起,消费市场对车载光学测距系统愈发重视。光学测距技术主要可以划分成传统的立体视觉以及激光主动探测。相较于立体视觉,激光主动探测技术在精度以及分辨率方面具有明显的优势。由于现今的激光技术和集成... 详细信息

近年来,随着无人驾驶概念的兴起,消费市场对车载光学测距系统愈发重视。光学测距技术主要可以划分成传统的立体视觉以及激光主动探测。相较于立体视觉,激光主动探测技术在精度以及分辨率方面具有明显的优势。由于现今的激光技术和集成电路技术的发展,无人驾驶领域、智能机器人以及消费电子等领域对高集成度的激光雷达的需求愈发强烈。模拟前端接收电路作为激光雷达芯片的重要模块,通常可以实现在接收单次激光的条件下获得与目标物体的距离信息。跨阻放大器电路作为模拟前端接收电路的重要电路单元,其带宽以及噪声等性能在整个激光雷达系统中具有重要的影响。为此,本文主要针对线性激光雷达模拟前端接收电路中的高性能跨阻放大器展开研究。首先,本文针对激光雷达系统的特性进行了分析,并且对激光雷达不同技术方案进行了说明,同时阐述了线性激光雷达系统的优劣势。其次,本文介绍分析了不同种类的跨阻放大器的性能指标以及其电路的关键技术。最后,本文提出了两款高性能跨阻放大器,进行了版图设计并完成了后仿真验证。本文提出了一款高带宽的差分输出跨阻放大器。电路主体结构采用调节式共源共栅跨阻放大器,可以有效隔离输入点雪崩光电二极管寄生电容对电路稳定性和带宽的影响。在输出缓冲级的设计中采用有源负反馈设计,可以有效提高电路带宽。芯片基于SMIC 0.18μm CMOS工艺进行设计,并进行版图设计以及后仿真验证。-3-dB带宽约为1.122GHz,单端增益40dBΩ,差分输出对称性表现较为优秀,误差仅为1.1%。本文提出了一款八通道的跨阻放大器。电路采用一种多路径前馈补偿技术,能够有效降低片外雪崩光电二极管寄生电容对环路稳定性的影响并且提高电路带宽和相位裕度。输出级采用一种轨到轨的运算放大器,保证电路的输出摆幅并提高电路的驱动能力。此设计分两个增益段,有效提高整体电路的动态范围。芯片基于SMIC 0.18μm CMOS工艺进行设计,并进行版图设计以及后仿真验证。高增益段跨阻增益为94dBΩ,八通道跨阻放大器在高增益段-3-dB带宽约为251.2MHz,输入参考噪声电流为2.56 pA/√Hz。

关键词：激光雷达跨阻放大器单端转差分线性模式APD 轨到轨运算放大器

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面向可穿戴智能设备的超低功耗精密运算放大器设计

面向可穿戴智能设备的超低功耗精密运算放大器设计

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作者：张传道重庆理工大学

学位级别：硕士

随着互联网技术的蓬勃发展以及电子产品性能的快速提升,可穿戴智能设备（如:智能耳机、智能手表、智能眼镜等）与智能手机一样渐渐变成大众生活的必需品。而运算放大器作为可穿戴智能设备中传感器内不可缺少的一部分,对其精度和功耗等... 详细信息

随着互联网技术的蓬勃发展以及电子产品性能的快速提升,可穿戴智能设备（如:智能耳机、智能手表、智能眼镜等）与智能手机一样渐渐变成大众生活的必需品。而运算放大器作为可穿戴智能设备中传感器内不可缺少的一部分,对其精度和功耗等性能要求越来越高。运算放大器的精度受输入失调电压的影响,若失调电压过高,会导致可穿戴智能设备中传感器捕获的生理信号产生极大误差,降低可穿戴智能设备中采集数据信息准确性。而采用单电源供电的可穿戴智能设备受功耗影响较大,若功耗过高,会降低可穿戴智能设备使用寿命和用户使用感受。为此,本文设计了一种高增益、低失调以及超低功耗的恒定跨导自稳零运算放大器,同时为提高低电源电压的利用率,运放输入和输出需满足轨到轨特性,用以保证运放实现较宽的动态输入输出范围。本论文设计实现了一个由折叠式共源共栅和Class AB输出级组成的二级运算放大器。运放使用时间交织电荷泵电路提高了输入级的内部电源,利用内部电源来实现仅有PMOS输入差分对的输入级轨到轨,同时采用Class AB类结构实现运放输出级轨到轨。并利用时间交织自稳零技术保障整体运算放大器的高精度。为了确保运放的稳定性,采用了“米勒”补偿电容和调零电阻。整体运算放大器由时间交错电荷泵、Main运算放大器、自稳零电路、时序产生电路、带隙基准源以及偏置电路等模块组成。带隙基准源电路为整个运算放大器提供n A级PTAT（与绝对温度成正比）电流,以实现整体电路超低功耗。时序电路由片上振荡器、分频器和不相交叠时钟组成,用于控制开关电容电路（时间交织自稳零电路和时间交织电荷泵电路）。输入/输出端口设计了静电放电（ESD）保护电路,防止运算放大器被静电破坏。本论文基于65nm CMOS工艺完成对电路原理图（schematic）的设计和版图（layout）的绘制,并利用EDA仿真软件进行原理图的前仿真验证,对版图进行寄生参数提取后完成了后仿真功能验证。在1.2V电源电压,27℃温度以及典型值条件下,仿真结果表明,输入失调电压为3.16μV,输入失调电流小于20p A。在-40℃至90℃之间的温度漂移系数为0.005μV/℃。在轨到轨输入范围内,输入跨导变化率仅为5.6%。等效直流增益106.4d B,单位增益带宽0.54MHz,相位裕度76.5°,功耗约为0.19mW。最终设计实现运放的版图面积为0.83×0.75mm2。

关键词：轨到轨运算放大器高精度电荷泵自稳零技术超低功耗

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一种电流型非线性补偿带隙基准的设计

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微电子学 2015年第4期45卷 444-448页

作者：徐鹏程尹桂珠韩志刚同济大学电子与信息工程学院上海201804

设计了一种基于CMOS电流型的带隙基准电路。利用双极型晶体管基极-发射极电压的非线性,对传统带隙基准电路存在的非线性项进行补偿。采用轨到轨的运算放大器,增大了运放的输入范围。电路基于CSMC 0.5μm工艺设计,采用Spectre软件进行仿... 详细信息

设计了一种基于CMOS电流型的带隙基准电路。利用双极型晶体管基极-发射极电压的非线性,对传统带隙基准电路存在的非线性项进行补偿。采用轨到轨的运算放大器,增大了运放的输入范围。电路基于CSMC 0.5μm工艺设计,采用Spectre软件进行仿真,结果显示,在-5℃~125℃温度范围内,温度系数为3×10^-6/℃,优于传统的线性补偿和二次曲率补偿带隙基准电路。

关键词：带隙基准非线性补偿轨到轨运算放大器精度

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集成化宽分频比锁相环关键技术研究

集成化宽分频比锁相环关键技术研究

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作者：黄振宇西安电子科技大学

学位级别：硕士

随着消费类电子的市场需求逐渐扩大,出于便携性、成本和使用时间考虑,绝大多数电子设备都在向着低功耗和高度集成化的方向努力,这也对这些电子设备的时钟产生电路提出了易于集成、低功耗和高性能等要求。锁相环（Phase-locked Loop,PLL... 详细信息

随着消费类电子的市场需求逐渐扩大,出于便携性、成本和使用时间考虑,绝大多数电子设备都在向着低功耗和高度集成化的方向努力,这也对这些电子设备的时钟产生电路提出了易于集成、低功耗和高性能等要求。锁相环（Phase-locked Loop,PLL）可以给这些电子设备提供灵活稳定的时钟信号,是这些电子设备中最为重要的单元电路。相较于其他单元电路,锁相环电路在系统中占据了较大的面积,并且一些电子设备需要使用32.768k Hz晶振作为锁相环的参考时钟来减小功耗以满足长时间的使用要求。为了满足系统时钟频率的要求,需要锁相环电路的输出频率达到晶振频率的千倍。因此需要设计一款满足低频输入,并且具有集成化宽分频比特点的锁相环电路。本文正是围绕低频输入和集成化宽分频比两方面对锁相环电路进行研究。本文从集成化宽分频比锁相环的研究意义出发,归纳了锁相环的主要类型,总结了锁相环电路的研究现状。对锁相环系统的工作原理进行了介绍,讨论了电荷泵锁相环的主要性能指标。以连续线性模型为基础分别推导了环路稳定性和瞬态响应的数学表达式,还给出了关键模块的噪声传递函数,并介绍了压控振荡器的两种噪声模型。接着对锁相环内部关键模块的工作原理和电路架构进行了详细的说明。为了达到设计目标,采用了恒定带宽技术和电容倍乘技术,在传统电荷泵的基础上设计了一款输出电流可编程的电荷泵来实现恒定带宽。提出了一款新型低噪声轨到轨运算放大器来减小运算放大器对锁相环相位噪声的影响。对两级伪差分环形振荡器的相位噪声和起振条件进行了详细的数学推导,给出了设计时的理论指导。以2/3双模分频器为基础,设计了两个固定模数的分频器,并最终得到一款低功耗可编程分频器。同时给出了电荷泵等模块的仿真结果。最后完成了锁相环电路的整体仿真、版图设计和优化以及后仿真。验证了锁相环的工作温度、整体功耗、面积和输出时钟抖动等关键参数,并利用Matlab软件拟合关键模块的噪声,为进一步优化相位噪声提供了方向。本文基于55nm 1P6M CMOS工艺、2V电源电压设计了一款集成化宽分频比锁相环,输入频率为32.768k Hz,输出频率范围为16.38MHz-49.15MHz,有效分频范围500-1500,核心电路面积仅为0.15mm2。环路锁定后,2V电源电压下的整体功耗小于0.244m W,锁相环电路在1MHz频率偏移处相位噪声低于-107d Bc/Hz,工作温度范围为-40℃-125℃。

关键词：集成化低功耗宽分频比锁相环轨到轨运算放大器

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基于通道复用技术的心电信号采集模拟前端电路设计

基于通道复用技术的心电信号采集模拟前端电路设计

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作者：邹晓磊南京邮电大学

学位级别：硕士

近年来,人们越来越注重心血管疾病的预防,这使得心电信号采集芯片成为了集成电路领域的研究热点,而其中的模拟前端电路性能的优劣很大程度上决定着所采集到心电信号的精确度。通过分析心电信号的特征和电极贴片的电学模型,本文设计了一... 详细信息

近年来,人们越来越注重心血管疾病的预防,这使得心电信号采集芯片成为了集成电路领域的研究热点,而其中的模拟前端电路性能的优劣很大程度上决定着所采集到心电信号的精确度。通过分析心电信号的特征和电极贴片的电学模型,本文设计了一种低功耗,低噪声的心电信号采集模拟前端电路。本文所设计的心电信号采集模拟前端电路采用通道复用技术降低了电路功耗和规模,其主要由多通路数据选择电路、仪表放大器、可变增益放大器组成。仪表放大器采用斩波调制技术降低了1/f噪声,其核心电路采用了全差分输入输出放大器,并采用电容耦合结构,提高了共模抑制性能和低频输入阻抗。电路系统中通过采用环形振荡器和RC振荡器来分别产生1k Hz和20 k Hz的时钟信号。此外,由于采集个体和采集环境的不同会导致心电信号的幅度发生变化,本文设计了可以实现0 d B,6 d B,12 d B,18 d B增益可调的可变增益放大器,其中采用的运算放大器可达到轨到轨输出摆幅。基于0.18μm CMOS工艺完成了基于通道复用技术的心电信号采集模拟前端电路的电路原理图和版图设计,仿真结果表明基于通道复用技术的心电信号采集模拟前端电路带宽为7.6k Hz,增益为40～60 d B（均匀可变）,共模抑制比为130 d B,等效输入噪声为6.5μVrms,电流为140μA,版图面积为0.38×0.41 mm2,其性能基本满足心电信号采集的要求。

关键词：通道复用技术心电采集斩波调制技术仪表放大器轨到轨运算放大器

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基于OFDM技术的低压电力载波系统的研究与实现

基于OFDM技术的低压电力载波系统的研究与实现

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作者：周如宝南京理工大学

学位级别：硕士

低压电力载波通信是一种在现有低压电力线上实现信号传输的新型通信方式。由于电力线网络巨大,利用电力线作为数据传输的通道,无需铺设新的线路,具有成本低、覆盖面广等优势。随着调制技术和信号处理技术的进步,电力载波通信系统的传输... 详细信息

低压电力载波通信是一种在现有低压电力线上实现信号传输的新型通信方式。由于电力线网络巨大,利用电力线作为数据传输的通道,无需铺设新的线路,具有成本低、覆盖面广等优势。随着调制技术和信号处理技术的进步,电力载波通信系统的传输速率经历了从几Kbps到几Mbps的发展。目前,电力载波通信已进入高速时代,并在智能家居以及电力线上网等领域得到了极大的关注。正交频分复用技术(OFDM)是一种多载波调制技术。利用多个相互正交的子载波进行数据传输,不仅具有很高的频谱利用率,而且有很强的抗多径干扰能力。本文首先分析了低压电力载波通信系统的基本原理,将载波系统分成电力载波调制解调模块、耦合／功率放大模块和电力线信道三个部分。低压电力线主要是用来传输工频电能,在将其作为高频信号的通信信道时,电力线上负载的不断变化,会使信道环境非常差。因此,需要分析低压电力线的阻抗、衰减以及噪声特性进行分析。接着分析OFDM技术原理和数学表达式,研究其实现过程中的保护间隔和循环前缀等技术手段,并利用MATLAB软件实现系统仿真。然后利用实习公司资源,设计一款具有轨到轨输出结构的运算放大器芯片,用来对经过OFDM芯片处理的待发送信号进行功率放大,提高信号在电力线上的传输距离。用集成电路芯片来代替传统的功率放大电路,还可以降低电力载波设备的面积,减少成本。最后,设计相应的芯片外围电路,完成功率放大模块的制作,并结合现有的电力载波系统平台,进行信号传输。通过对比添加功率放大模块前后,载波系统信号传输的距离,验证本文涉及的功率放大模块可以很好地改善低压电力载波系统通信效果,提高通信距离。

关键词：低压电力线载波通信 OFDM 轨到轨运算放大器功率放大模块

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面向MCU的迟滞比较模块研究与设计

面向MCU的迟滞比较模块研究与设计

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作者：杨雪飞中北大学

学位级别：硕士

随着电子信息技术的快速发展,对微控制器单元（Micro control unit,MCU）芯片的需求日益增长。然而,由于国外对我国的技术封锁,使得实现国产化自主可控的MCU芯片变得尤为重要。本文来自于公司对恩智浦（NXP）某一车规级MCU芯片进行的国... 详细信息

随着电子信息技术的快速发展,对微控制器单元（Micro control unit,MCU）芯片的需求日益增长。然而,由于国外对我国的技术封锁,使得实现国产化自主可控的MCU芯片变得尤为重要。本文来自于公司对恩智浦（NXP）某一车规级MCU芯片进行的国产化替代,主要是对其中的迟滞比较模块进行设计。在这个MCU芯片中,迟滞比较模块主要进行电压的比较检测。然而,其存在两个问题有待解决:（1）当该模块的输入共模电压范围过小时,将使得内部比较器（Comparator,CMP）无法对电压进行比较,从而导致整个MCU芯片失效;（2）由于该模块中的迟滞电路具有不可调的迟滞电压,导致其应用范围受到限制。为解决这两个问题,本文分析研究了迟滞比较器和DAC的多种结构,设计了一个基于轨到轨输入的迟滞比较器（Hysteresis comparator,HCMP）、一个基于电阻串型的数模转换器（Digital-to-analog converter,DAC）和一个电压选择器（Voltage multiplexer,VMUX）最终构成一个迟滞比较模块,其中HCMP由基于轨到轨输入的CMP（提升了共模输入范围）和可调节的迟滞电路（实现了可调节的迟滞电压）来组成,对轨到轨输入CMP进行改进加入3倍电流镜结构实现CMP的恒定增益,在分析了传统内部迟滞比较器的基础上加以改进采用内部电流源正反馈结构引入迟滞特性,使用2-4译码器来调节电流源使得迟滞比较模块的迟滞电压可调节;DAC给HCMP提供一个稳定且可编程的输入参考电压;而VMUX可给HCMP提供多个可选择的输入比较电压。本文使用TSMC 40 nm CMOS工艺进行了迟滞比较模块的电路设计和版图验证,获得的后仿真结果均满足设计指标:HCMP共模输入范围为0～VDD,共模抑制比为105.3 d B,电源电压抑制比为128.9 d B,单边迟滞电压为0～28.5 mV,双边迟滞电压为0～56.5 mV,传输延时为72.52 ns,失调电压为7.93 mV,HCMP功耗为0.8125 m W;DAC积分非线性（Integral nonlinearity,INL）≤0.433 LSB,微分非线性（Differential nonlinearity,DNL）≤0.073 LSB,输入电流为10.65 uA。

关键词：微控制单元(MCU) 迟滞比较器数模转换器轨到轨运算放大器

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一种新型电荷泵锁相环电路的设计

一种新型电荷泵锁相环电路的设计

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作者：白杨北京工业大学

学位级别：硕士

随着高速通讯技术的发展,串行通信、3G无线通信已成为主要的通信数据传输方式。作为数据传输的接收器离不开时钟数据恢复电路（CDR）,它对接收器的性能有重大影响。而CDR需要高速度、低抖动、低相位噪声的锁相环（PLL）时钟电路提供保... 详细信息

随着高速通讯技术的发展,串行通信、3G无线通信已成为主要的通信数据传输方式。作为数据传输的接收器离不开时钟数据恢复电路（CDR）,它对接收器的性能有重大影响。而CDR需要高速度、低抖动、低相位噪声的锁相环（PLL）时钟电路提供保障。因此,对高性能PLL的研究成为国内外研究热点。本论文采用了Top-Down（顶层-底层）的设计方法,根据系统设计的要求指导底层模块的设计,设计实现了一种新型电荷泵锁相环（CPPLL）。该电荷泵锁相环由动态鉴频鉴相器、基于常数跨导轨到轨运算放大器的电荷泵、差分型环形压控振荡器、二阶环路滤波器和整数分频器组成。首先,为了能够有效的缩短设计周期,提高设计效率,并且从系统级优化电路的性能,本文对CPPLL进行了系统设计。为了直观的观察CPPLL的锁定时间和控制电压,评估CPPLL是否正常工作,采用了Verilog-A对CPPLL进行建模,提高设计效率;为了避免CPPLL闭环系统因环路滤波器的设计不合理造成环路发生失锁现象,产生不必要的反复修改电路的情况,采用了Matlab进行了环路稳定性的建模和仿真,增加了设计的准确性;为了更好地设计和优化电路,提升CPPLL的整体相位噪声性能,采用了Cppsim工具对系统相位噪声进行了仿真分析,有效指导了后面底层模块的设计。然后,对CPPLL的各功能模块进行了设计。具体为:（1）为了降低电荷共享和电流失配对锁相环电路频谱产生的影响,采用了基于常数跨导轨到轨运算放大器结构的电荷泵;（2）为了消除死区现象对锁相环电路系统引起的不利影响,采用了动态鉴频鉴相器电路;（3）为了实现低抖动、低相位噪声的性能,采用了全差分型结构的环形压控振荡器电路;（4）为了实现宽频率范围的整数分频器的功能,采用了基于电流模逻辑结构的高速8/9预分频器和吞咽预分频器相结合的结构。基于SMIC 0.18-μm CMOS工艺,利用Cadence集成电路工具对设计电路进行了仿真验证。结果表明,动态的鉴频鉴相器,有效消除了死区。新型的电荷泵结构,在输出电压为0.5V1.5V时将电流失配减小到了2%以下,提升了锁相环频谱质量。采用全差分结构的环形压控振荡器,实现了在频率为1MHz时输出的相位噪声为-96.66dB@1MHz,调谐范围为0.8GHz1.8GHz,中心频率为1.25GHz,调谐增益为1.5GHz/V,在控制电压0.9V1.45V范围内,线性调节度良好。电荷泵锁相环锁定后输出电压波动为2.45mV,输出时钟的峰峰值抖动为12.5ps。其在带内的相位噪声为-94dBc/Hz,周期性抖动为8.28ps,相位抖动为24ps。最后利用Cadence集成电路设计工具,对CPPLL电路进行了版图设计,并通过了DRC、LVS的物理验证。

关键词：电荷泵锁相环低抖动压控振荡器分频器轨到轨运算放大器

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基于22nm CMOS工艺的鉴频鉴相器和电荷泵设计

基于22nm CMOS工艺的鉴频鉴相器和电荷泵设计

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作者：田子琛东南大学

学位级别：硕士

随着无线通信技术的不断发展,移动通信已经向第六代技术进发。当低频段的频谱资源变得稀缺时,无线通信技术将不得不转向更高的频段进行发展。现代通信技术的核心为射频收发系统,作为射频收发机的重要组成部分,频率综合器的性能决定了收... 详细信息

随着无线通信技术的不断发展,移动通信已经向第六代技术进发。当低频段的频谱资源变得稀缺时,无线通信技术将不得不转向更高的频段进行发展。现代通信技术的核心为射频收发系统,作为射频收发机的重要组成部分,频率综合器的性能决定了收发机系统的工作情况。所以作为频率综合器中关键模块的鉴频鉴相器(Phase Freqency Detector,PFD)和电荷泵(Charge Pump,CP),其性能也决定了频率综合器的性能。本文基于22nm CMOS工艺,研究应用于数字化射频收发机芯片的50MHz鉴频鉴相器和电荷泵电路设计。PFD利用非线性鉴相特性以缩短频率综合器的锁定时间;输出采用互补电路以提高差分信号的匹配性;采用TSPC结构D触发器以实现高速和低功耗。CP电路采用线性电流镜结构,降低了电流镜消耗的电压裕度和扩大了输出电压范围;采用高增益输入轨到轨运放提高了充放电电流匹配精度;通过6bit控制字实现CP充放电电流可调。本文在Cadence Virtuoso平台完成了PFD和CP的原理图设计、前仿真、版图设计、后仿真,并且完成流片测试。芯片测试显示,PFD鉴相范围为(-1.96π,1.96π),并且无明显死区;CP设定在100μA电流模式下,充电电流约为105μA,放电电流约为101μA,绝对电流偏差小于5%,静态电流失配小于4%,并且CP在其它控制字下性能良好。在此电流模式下,PFD&CP芯片在同频同相工作状态下的功耗为1m W。本次设计的PFD和CP电路满足数字化射频收发机的应用要求,同时也能为应用于其他射频收发机中的频率综合器提供设计参考。

关键词：锁相环鉴频鉴相器电荷泵轨到轨运算放大器带隙基准

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