CMOS鎖相環(huán)PLL電路的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和設計資料概述

　　本文設計了一種寬頻率范圍的CMOS鎖相環(huán)（PLL）電路，通過提高電荷泵電路的電流鏡鏡像精度和增加開關噪聲抵消電路，有效地改善了傳統(tǒng)電路中由于電流失配、電荷共享、時鐘饋通等導致的相位偏差問題。設計了一種倍頻控制單元，通過編程鎖頻倍數(shù)和壓控振蕩器延遲單元的跨導，有效擴展了鎖相環(huán)的鎖頻范圍。該電路基于 Dongbu HiTek 0.18μm CMOS工藝設計，仿真結(jié)果表明，在1.8 V的工作電壓下，電荷泵電路輸出電壓在0.25~1.5 V變化時，電荷泵的充放電電流一致性保持很好，在100 MHz~2.2 GHz的輸出頻率內(nèi)，頻率捕獲時間小于2μs，穩(wěn)態(tài)相對相位誤差小于 0.6%. 鎖相環(huán)（phase-locked loop，PLL）是一個閉環(huán)負反饋系統(tǒng)，能夠準確地產(chǎn)生一系列與參考頻率同相位的頻率信號，是現(xiàn)代通信及電子領域中必不可少的系統(tǒng)之一，通常被用于頻率合成、同步信號產(chǎn)生、時鐘恢復以及時鐘產(chǎn)生等。電荷泵鎖相環(huán)（charge pump phase-locked loop，CPPLL）因其自身所具有的開環(huán)增益大、捕獲范圍寬、捕獲速度快、穩(wěn)定度高和相位誤差小等優(yōu)勢，現(xiàn)已廣泛應用在無線通信領域中。

　　電荷泵鎖相環(huán)通常由鑒頻鑒相器（PFD）、電荷泵電路（CP）、低通濾波器（LPF）、壓控振蕩器（VCO）以及分頻器（FD）構(gòu)成。本文設計的鎖相環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，環(huán)路具體工作原理為：通過檢測PFD輸入端的參考信號fref與環(huán)路反饋信號fdiv的相差和頻差，輸出相應的電壓信號VUP和VDN，來控制CP的工作狀態(tài)。電荷泵電路將UP和DN信號轉(zhuǎn)換為壓控振蕩器的控制電壓VC輸出。VC通過LPF濾除高頻分量，輸出直流電平，最終作為壓控振蕩器的控制信號。隨著鑒頻鑒相器的兩路輸入信號間的頻差與相差不斷減小，VC為某一恒定的電壓值時，環(huán)路達到鎖定狀態(tài)。