2.4GHz动态CMOS分频器的设计

贵州家电维修网 http://www.gz112.cn 2008-4-9 1:25:27 来源:贵阳蓝天整理



摘要:对现阶段的主流高速CMOS分频器进行分析和比较.在此基础上设计一种采用TSPC(truesingle phase clock)和E-TSPC(extended TSPC)技术的前置双模分频器电路。该分频器大大提高了工作频率,采用0.6um CMOS工艺参数进行仿真的结果表明,在5V电源电压下,最高频率达到3GHz,功耗仅为8mW。
关键词:锁相环;双模前置分频器;源极耦合逻辑; 单相时钟;扩展单相时钟
中图分类号:TN772 文献标识码:A 文章编号:1006—6977(2006)01—0015—03

1 引言
    分频器是锁相环电路中的基本单元.是锁相环中工作在最高频率的单元电路。传统分频器常用先进的高速工艺技术实现。如双极、GaAs、SiGe工艺等。随着CMOS器件的尺寸越来越小,可用深亚微米的CMOS工艺制造高速分频器。由于CMOS器件的价格低廉,因而高速CMOS分频器有着广阔的市场前景。笔者给出1种利用O.6μvmCMOS工艺制造的2.4GHz动态前置双模分频器,该分频器的最高输入频率可以达到3GHz。

2 分频电路的结构
    锁相环及前置分频器的结构如图1所示。VCO的输出直接与分频器第1级÷2电路相连,这是整个分频器中频率最高的部分,也是最难设计的部分。接着信号进入÷4/5双模前置分频器,该部分电路的频率仍然较高,模数的选择由静态的吞除计数器控制。÷4/5电路的原理如图2所示,当MC=1时,分频器模为4,反之为5。


3 单元电路的设计
3.1 第1级÷2电路
3.1.1 3种典型的分频电路
   
在锁相环中.分频器第1级频率最高.近几年国外普遍采用的高速CMOS分频电路主要有3种。第1种是静态SCL电路(见图3),是由ECL电路结构演变的,相比传统的静态分频器,由于电路的摆幅较小,因而电路的工作速度快;第2种是动态TSPC电路,采用单相时钟(TSPC)电路技术,使构成分频电路的元件数目减少,从而提高电路的工作速度,同时这种电路功耗极低,经典结构图如图4(a)所示的9管DFF。J.Navarro在TSPC技术的基础上于1997年提出了E-TSPC技术;第3种是注锁式(injected-locked)电路,由于要使用电感器,因而它的体积过大且工艺难度高,很少被广泛使用。


    典型的SCL2分频器包括尾电流源和源负载在内需要20个晶体管(见图3),晶体无法做到小尺寸,所以输入电容很大甚至超过管本身的输入电容,导致要在VCO与SCL分频电路加缓冲;另外,前2级分频器工作在很高的频率,会耗散总功率的一半。因而对SCL分频器而言锁相环总功耗很高。单相时钟(TSPC)电路除具有很高的频率外,晶体管的数量少且尺寸小,所以功耗极低,因而经常在前置分频器中采用。TSPC分频器的不足是噪声性能不佳,因为是动态的单端结构,所以受噪声的影响比差分的SCL电路容易。具体采用哪种电路结构应视情况而定。在O.6um工艺参数的条件下,SCL÷2分频电路的最高工作频率仅为910MHz,功耗为12mW;笔者采用0.6um工艺设计的TSPC÷2分频电路在电源电压为5V时的频率最高可达3GHz,功耗仅有2mW。


3.1.2 具体电路
   
设计的第1级÷2分频器的结构如图4(b)所示。它是传统TSPC的改进型.此电路改变了信号回路.目的是为了降低内部节点电容,提高工作速度。经过对每个晶体管尺寸的调整,电路工作频率范围为2GHz-3GHz。与SCL相比,TSPC仅有9个晶体管,且栅长可取到最小值(0.6um)。通过对源电流的仿真可以看到电路结构紧密,晶体管少。电路功耗极低。

3.2 双模前置分频电路的设计
   
图5(a)所示为÷2/3双模前置分频电路的逻辑。采用同步工作方式,具体电路如图5(b)所示。该电路采用E-TSPC技术,相比传统的门电路,虽增加了2个晶体管,但开关速度更快;并且在单阱工艺条件下.电路不受体效应影响。由于采用TSPC技术,栅长仍然为0.6um。对于随后1级的÷2和÷32电路而言,因为工作频率已大大降低。可工作在异步方式,所以只需将图4(b)所示的电路作为÷2单元串联起来即可。经仿真表明,电路符合设计要求。


4 仿真波形与电路特性
   
采用CMSC公司的0.6um n阱双层金属CMOS模型进行了电路的仿真和模拟。仿真工具是Syn-opsys公司的Hspice和Agilent公司的ADS。

    分频器输入信号的最小幅度是在正确输出的前提下获得的.也叫输入信号灵敏度。随着电源电压的下降,分频器工作的最高频率下降得很快,这可以看作在低压环境下TSPC相对SCL的劣势。仿真结果表明输入幅度至少需要1.2V才能使电路工作在3GHz.而工作频率在2.4GHz左右时.仅需不到200mV的信号幅度,这说明该电路可以用在2.4GHz ISM频段。

    表1列出本分频器参数与几篇文献介绍的分频器参数的对比.所有的分频器均采用CMOS工艺。比较的主要参数是工艺、最高输入频率、电源电压和功耗。


5 结束语
    利用O.6μm CMOS工艺设计了一种采用TSPC和E-TSPC技术的动态双模前置分频器。可以工作在2.4GHz ISM频段,最高工作频率达到3GHz。分频器工作在高频率时的电容寄生效应小。电源电压为5V时,功耗约为8mW。频率为2.4GHz时,输入信号幅度仅为190mV,可以应用在2.4GHz ISM频段的锁相环或频率合成器电路中。

】 【返回上一页】 【打 印】 【  
学院评论:(评论内容只代表网友观点,与本站立场无关!)

用户名: 查看更多评论

分 值:100分 85分 70分 55分 40分 25分 10分 0分

内 容:

         (注“”为必填内容。) 验证码: 验证码,看不清楚?请点击刷新验证码

版权及免责声明:


1 .贵州家电维修网所有内容的版权均属于作者或页面内声明的版权人。未经贵州家电维修网的许可,任何其他个人或组织均不得以任何形式将贵州家电维修网的各项资源转载、复制、编辑或发布使用于其他任何场合。

2 .已经本网授权使用作品的,应在授权范围内使用,并注明 “ 来源:贵州家电维修网” 。

3 .本网注明“ 来源:XXX (非贵州家电维修网)” 的作品,均转载自其他媒体,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。

4 .因作品内容、版权和其他问题需要同本网联系的,请 30日内进行。

报修热线0851-85164808  
蓝天电器:是贵州家电维修网指定家电维修单位。蓝天电器技术人员均经过专业培训,对家电维修知识有着坚实的基础,并取得了维修家用电器的资格证书。多年来我部在各社区和单位的维修中赢得了社会各界的广泛认可。源于顾客的厚爱,蓝天电器本着“技术取胜 服务社会”的宗旨,对产品的维修质量有保证,服务有跟踪。为便捷顾客,蓝天电器提供上门服务,让顾客更省心、放心。
服务项目:各种彩电、功放、影碟、录象机等家庭影院。冰柜、空调、冷库、电冰箱等制冷设备。电脑、音箱、软件、显示器等电脑相关。风扇、电饭煲、洗衣机、微波炉、电热水器等家用电器。