锁相环频率合成器中环路滤波器的设计与研究

湖北大学

硕士学位论文

锁相环频率合成器中环路滤波器的设计与研究

姓名：刘丽平

申请学位级别：硕士

专业：微电子学与固体电子学

指导教师：杨维明

20100501

摘斐

随着３Ｇ网络在中国的正式运营，无线通信的应用领域不断扩张，市场对收发机的需求也越来越高。无线通信收发机中一个很重要的模块便是频率合成器，它通过产生一系列与参考信号具有同样精度和稳定度的离散信号，为频率转换提供基准的本地振荡信号。所以，频率合成器设计的优劣直接影响到无线通信收发机的性能。

环路滤波器（ＬＦ）是锁相环（ＰＬＬ）的重要组成部分，它连接在鉴相器（ＰＤ）和压控振荡器（ＶＣＯ）之间，锁相环的基本频率特性很大程度由环路滤波器（ＬＦ）来决定的。在ＰＬＬ频率合成器的设计中，为了获得稳定的ＶＣＯ调谐电压，环路滤波器起到了维持环路稳定性、控制环路带内外噪声、抑制参考边带杂散干扰等重要作用，是ＰＬＬ频率合成器的设计的关键。

本文采用系统级仿真方法，鉴相器和电荷泵用压控电流源进行系统级描述，压控振荡器等效为一个积分器数学模型，而环路滤波器（ＬＦ）采用具体的电路结构实现，主要从无源滤波器、有源滤波器和带电荷泵的滤波器三个方面进行了阐述，并结合ＡＤＳ进行了环路仿真、瞬态仿真及相位噪声仿真。在无源滤波器方面，由常见的Ｒｃ滤波器引入滞后超前滤波器，从环路的稳定性、锁相时间以及相位噪声等指标出发给出了设计思路；在有源滤波器方面，介绍了二阶有源滤波器和三阶有源滤波器的设计思路，从增益平坦度与衰减量两个参数分析了有源滤波器的设计方法，并从锁相时间以及相位噪声比较了有源滤波器和无源滤波器的优缺点；最后介绍了带电荷泵的滤波器，给出了常见的带电荷泵的二阶滤波器和三阶滤波器的设计思路，从锁相时间和锁相频率范围与普通滤波器进行了比较。对实际设计ＰＬＬ给出了实用性的结论。关键字：频率合成器，环路滤波器，锁相时间，相位裕度，相位噪声

Ⅱ

Ａｂｓ仃ａｃｔ

Ａｓｔｈｅｏｆｆｉｃｉａｌ３ＧｎｅｔｗｏｒｋｉｎＣｈｉｎａ，ｔｈｅｍａｎｅｔｆｏｒｗｉｒｅｌｅｓｓｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｄｏｍａｉｎｉｓｅｘｐａｎｄｉｎｇ，ｔｈｅｄｅｍａｎｄｆｏｒｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒｓｉｓｈｉｇｈｅｒａｎｄｈｉｇｈｅｒ，ｔｏｏ．Ｏｎｅｏｆｔｈｅｍｏｓｔｃｒｉｔｉｃａｌｂｌｏｃｋｓｉｎａｗｉｒｅｌｅｓｓｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒｉｓｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｒ，ｗｈｉｃｈｉｓｕｓｅｄａｓａｌｏｃａｌｏｓｃｉｌｌａｔｏｒｆｏｒｆｒｅｑｕｅｎｃｙｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｗｉｒｅｌｅｓｓｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒｓ．Ｉｔｇｅｎｅｒａｔｅｓｌａｒｇｅｎｕｍｂｅｒｓｏｆｄｉｓｃｒｅｔｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｓｉｇｎａｌ，ｗｈｉｃｈｈａｓｔｈｅｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎａｎｄｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ

ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙ．Ｈｅｎｃｅｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｒｉｓ

ｏｆｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｗｉｒｅｌｅｓｓｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒｓ．

Ｔｈｅａｎａｓｔｈｅｓａｍｅｏｆａｌｌ—ｉｍｐｏｒｔａｎｔｃｏｍｐｏｎｅｎｔｉｎｔｅｒｍｓＬｏｏｐＦｉｌｔｅｒ，ｂｅｉｎｇｔｈｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｐａｒｔｏｆａｎｙＰＬＬｂａｓｅｄｆｒｅｑｕｅｎｃｙｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｒ，ｉｓｃｏｎｎｅｃｔｅｄｂｅｔｗｅｅｎｐｈａｓｅ

ａｄｅｔｅｃｔｏｒｓ（ＰＤ）ａｎｄｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ（ｖｃｏ），ｉｔｓｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｓｔｏｌａｒｇｅｅｘｔｅｎｔｔｈａｔｏｆｔｈｅｗｈｏｌｅｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｒ．ＩｎｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆＰＬＬｆｒｅｑｕｅｎｃｙｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｒ，ｄｕｅｔＯ

ｕｓｅｔｈｅｍｏｓｔｉｍｐｏｒｔａｎｔａｎｄｄｅｍａｎｄｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆＶＣＯｔｕｎｉｎｇｖｏｌｔａｇｅ’Ｓｐｕｒｉｔｙ，ｗｅ

ＦｉｌｔｅｒｔＯｍａｉｎｔａｉｎｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅＰＬＬ，ｂａｌａｎｃｅｔｈｅｎｏｉｓｅｏｆＰＬＬｉｎｂａｎｄａｎｄＬｏｏｐｏｕｔｂａｎｄ，ａｎｄｔｈｅｓｐｕｒｓｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎｏｆｔｈｅＰＬＬ．ｅｔ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅＬＦｂｅｃｏｍｅｔｈｅｋｅｙｏｆｍａｎｙＰＬＬａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．

Ｂａｓｅｄ

ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｏｎｓｙｓｔｅｍ－ｌｅｖｅｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｐｈａｓｅｄｅｔｅｃｔｏｒｓａｎｄｃｈａｒｇｅｓｏｕｒｃｅｐｕｍｐｕｓｅｖｏｌｔａｇｅｃｕｒｒｅｎｔｓｙｓｔｅｍｌｅｖｅｌｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ，ＶＣＯｉｓｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｔＯａｉｎｔｅｇｒａｔｏｒｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌ，ａｎｄｌｏｏｐｆｉｌｔｅｒ（ＬＦ）ｂｙｍｅａＪｌｓｏ …… 此处隐藏：8054字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……