锁相环电荷泵电荷注入效应
电荷泵锁相环四阶无源环路滤波器的设计
电荷泵锁相环四阶无源环路滤波器的设计1. 绪论1.1 研究背景1.2 研究目的与意义1.3 现有研究综述2. 无源环路滤波器原理2.1 电荷泵2.2 锁相环2.3 无源滤波器2.4 四阶环路滤波器3. 设计方案3.1 系统框图3.2 电路设计流程3.3 具体电路设计4. 实验验证4.1 实验设备与方法4.2 实验结果与分析5. 结论与展望5.1 结论总结5.2 研究展望及不足参考文献1. 绪论1.1 研究背景滤波器是电子系统中重要的信号处理器件，用于滤除噪声、干扰等非期望信号，提高系统性能和可靠性。
传统的滤波器通常包括有源滤波器和无源滤波器，有源滤波器具有较高的增益和带宽，但容易产生交叉耦合、不稳定性等问题，不适合高灵敏度和高可靠性的系统应用。
相对地，无源滤波器不需要功率放大器，具有低噪声、低失真、高工作稳定性等优点，因此受到广泛关注。
环路滤波器是一种无源滤波器，它利用环路反馈结构实现信号滤波，可以用于时钟恢复、PLL电路、模数转换器、数字信号处理等领域。
环路滤波器的特点是抑制抖动频率和高频噪声，同时保持信号相位不变，因此能够有效地减少电子系统中时钟服从误差、干扰等问题。
而四阶环路滤波器是基于二阶滤波器级联实现的，具有更高的阻带深度和抑制量，因此适用于对要求更高的滤波应用领域。
1.2 研究目的与意义目前，环路滤波器的设计研究已经相对成熟，但在实际应用中，仍然存在一些问题，如：滤波器带宽、抑制深度、相位噪声等方面的指标需要进一步优化，同时还需要提高滤波器的环路稳定性和抗噪声干扰能力。
因此，本文旨在设计一种基于电荷泵锁相环的四阶无源环路滤波器，通过优化电路设计与参数选择，提高滤波器的性能指标和工作稳定性，实现滤波效果更加优异的无源滤波器。
1.3 现有研究综述电荷泵锁相环作为一种广泛应用于频率合成和时钟恢复领域的锁相环，其具有结构简单、工作稳定、精度高等优点，目前已经在许多应用领域中得到推广应用。
同时，环路滤波器也是一种常用的滤波器结构，在信号处理、相位锁定等领域被广泛应用。
1ghz的锁相环电路
1
1ghz的锁相环电路
锁相环（PLL）是一种用于产生特定频率输出信号的电路，通常
用于时钟生成和频率合成。以下是一个简单的描述 1GHz 锁相环电路
的基本原理：
相比较器（Phase Comparator）： 锁相环的核心是相比较器，它
比较输入信号和反馈信号的相位差。在 1GHz 的锁相环中，相比较器
会比较输入信号和反馈信号的相位，产生一个误差信号。
电荷泵（Charge Pump）： 误差信号由相比较器输出，接着传递
到电荷泵。电荷泵会根据误差信号的极性来控制电荷的注入或抽出，
产生一个控制电压。
低通滤波器： 控制电压经过低通滤波器，平滑掉高频噪声，生
成锁相环的调整电压。
振荡器（Voltage-Controlled Oscillator，VCO）： 调整电压连接到
VCO，通过调整 VCO 的频率，以使输出信号的相位与输入信号的相
位趋于一致。
分频器（Divider）： VCO 的输出信号通过分频器，将频率降低
到所需的最终输出频率。在这里，可以设置分频比，以确保最终输出
频率为 1GHz。
反馈回路： 分频器的输出连接到相比较器，形成反馈回路。这
使得锁相环能够不断调整 VCO 的频率，使输出信号与输入信号的相
位保持锁定。
请注意，锁相环电路的设计需要考虑相位噪声、环的稳定性等因
素。实际的设计可能会更加复杂，具体取决于应用的要求和所用技术
的复杂性。在实际应用中，可能需要使用 PLL 集成电路（PLL ICs）来
简化设计和提高性能。
2
新型低压、 高速 CMOS电荷泵电路
第28卷 第2期2005年6月电 子 器 件Chinese Journal of Elect ron Devices Vol.28 No.2J un.2005A N e w Type of Charge 2Pump Circuit for Low 2Voltage High 2Speed PLL ApplicationYU Hong ,H A N Yan(I nstit ute of Microelect ronics Technolog y &S ystem Desi gn ,Zhej iang Uni versit y ,Hangz hou 310027,China )Abstract :The p henomena of charge injection ,clock feedt hrough and charge sharing in charge p ump are an 2alyzed ,and t he relevant measures are given.Based on above analysis ,we p ropo sed a new type of charge p ump circuit ,which is simple ,suitable for high speed PLL circuit and can work at low supply.The charge p ump is designed according to a standard CMOS 0.18μm technology.It is able to operate at 1V supplyand t he outp ut voltage is f rom 100mV to 980mV ,power co msumption about 130μw ,not exhibiting any sp urious jump p henomenon.K ey w ords :charge p ump ;p hase 2locked loop (PLL );charge injection ;high speed ;low power consumption EEACC :2570D新型低压、高速CMOS 电荷泵电路俞 宏,韩 雁(浙江大学微电子技术与系统设计研究所,杭州310027)收稿日期:2004-11-12作者简介:俞 宏(19792),女,籍贯江苏,硕士研究生,主要从事模拟/数模混合集成电路设计;韩 雁(19592),女,籍贯浙江,教授、博士生导师,主要从事高压集成电路及ASIC 集成电路的研究。
锁相环(PLL)-2
PLL应用-应用注意-PLL的抖动(4)
PLL应用-PLL IC 主要参数
PLL应用-倍频
PLL应用-倍频器举例
PLL应用-分频
PLL应用-频率合成
PLL应用-锁相调频
PLL应用-锁相鉴频
PLL应用-减小歪斜
PLL应用-时钟恢复
PLL应用-锁相接收机
PLL原理-D触发器PFD分析(2)
PLL原理-D触发器PFD分析(3)
PLL原理-D触发器PFD分析(4)
PLL原理-D触发器PFD分析(5)
PLL原理-带电荷泵的PFD
PLL原理-电荷泵PFD的分析(1)
PLL原理-电荷泵PFD的分析(2)
PLL原理-电荷泵PFD的分析(3)
PLL原理-电荷泵PFD的分析(4)
PLL原理-电荷泵PFD的分析(5)
PLL原理-一个带电荷泵的PLL(CPPLL)
PLL原理-环路方程与相位数学模型(1)
PLL原理-环路方程与相位数学模型(2)
PLL原理-环路方程与相位数学模型(3)
PLL原理-环路方程与相位数学模型(4)
PLL原理-环路方程与相位数学模型(5)
PLL原理-环路方程与相位数学模型(6)
PLL原理-环路方程与相位数学模型(14)
PLL原理-环路方程与相位数学模型(15)
PLL原理-环路方程与相位数学模型(16)
PLL原理-环路方程与相位数学模型(17)
PLL应用-应用注意-PLL的抖动(1)
PLL应用-应用注意-PLL的抖动(2)
PLL应用-应用注意-PLL的抖动(3)
PLL原理-环路滤波器的功能
PLL原理-环路滤波器(LPF)
PLL原理-环路滤波器的形式
CMOS电荷泵锁相环的研究与设计的开题报告
CMOS电荷泵锁相环的研究与设计的开题报告一、选题背景随着信息技术的迅猛发展，锁相环（PLL）已经成为了其中一个关键的技术，并广泛应用于通信、测量、控制等许多领域。
锁相环是一种基于反馈控制的电路，具有频率稳定、相位稳定等优点，能够对输入信号进行频率合成、频率分割、时钟恢复等操作。
在锁相环中，电荷泵是其中一个重要的模块，其作用是将相位比较器的输出相位误差转化成电荷泵电流，从而实现同步振荡。
随着制程技术的发展，CMOS工艺已经成为了最为常用的集成电路制造工艺，因此CMOS电荷泵的研究和设计也变得尤为重要。
二、研究目的本文的研究目的是通过对CMOS电荷泵锁相环的研究和设计，实现高性能、低功耗、小面积的电路设计，并探究其在PLL中的应用。
三、研究内容1. CMOS电荷泵的基本结构及工作原理。
2. PLL的基本原理及其各模块的设计（比如：相位比较器、环路滤波器、VCO等）。
3. CMOS电荷泵的设计方法和设计流程，包括各个环节的参数设计和优化。
4. CMOS电荷泵的性能参数分析与优化。
5. 最后，进行仿真验证，通过比较实验结果，评价该CMOS电荷泵的性能，验证其在PLL中应用的可行性。
四、研究意义本研究对于进一步推进锁相环技术的发展，促进了CMOS电路设计的研究和应用，提高了电路的性能指标以及系统的可靠性和稳定性，具有重要的理论和实际意义。
五、研究方法1.阅读相关的文献，对CMOS电荷泵、PLL等相关知识进行深入学习。
2.在了解了电路的工作原理后，根据其原理分析其关键性能参数，对传输线、晶体管、电容等元件进行参数设计和优化。
3.使用Cadence等相关软件进行电路仿真，评估各个模块的性能，寻找最佳设计方案。
4.使用TSMC0.18um CMOS工艺，进行电路的物理设计和版图布图。
5.最后，通过实验验证电路的性能指标，检验其在PLL中的应用效果。
六、预期成果1.完成CMOS电荷泵锁相环的设计，实现低功耗、高性能、小面积的电路结构。
一种用于时钟产生的低功耗电荷泵锁相环设计
＿＿ 二－ 】 卜
图 ２ 环路滤
波 器
本 采 的 波 原 图 图， 。 泵 波 组 的 输 数 ： 文 用 滤 器 理 如 ２ 示 荷 滤 器 合 传 函 为 所
２ 刀
＋
Ｃｓ ｐ）
㈩
整 个 Ｐ Ｌ 的线 性 模 型 如 图 ３所 示 。 系统 闭环 传 输 函 数 为 ： Ｌ
经 过 电荷 泵 和 低 通 滤 波 器 后 转 换 为模 拟 信 号 ，且 被 滤 去 高 频 成 分 ，再 被送 往 压 控 振 荡器 ，控 制 其 振 荡
频 率 。压 控 振 荡 器 的输 出 时钟 经 过 分 频 器 分 频 后 反 馈 到 Ｐ Ｄ，与 参 考 时钟 进 行 比较 。 为 了优 化 环 路 带 Ｆ 宽 ，本 文 提 出 了片 内可 编 程控 制 的环 路 滤 波 器 ，即 滤 波 器 的 电阻 可 编程 控 制 ， 为 了达 到 更 好 的优 化 结
钟 为 ９ ＭＨｚ时 ， 峰 峰 值 抖 动 为 ３ ０ ｓ ６ ２ｐ。
关镊 词 ｔ电荷 泵 ；锁相环 ；ＶＣ Ｏ
中圈分类 号 ・Ｔ １ ． Ｎ９ ８ １
文献 标识码 ：Ａ
１ 引言
锁相环 （Ｌ Ｐ Ｌ）在 集 成 电路 和 通 信 领 域 有 着 广 泛 的应 用 。 由于 可 以通 过 频 率 倍 增 产 生 各 种 不 同频 率 的精 确 时钟 ，它 可 以为 芯 片 提 供 工 作所 需 的 占 空 比 为 ５ ％的 时 钟 。随着 集成 电路 的发 展 ，Ｓ ０ ＯＣ 已经 成 为主 流 ，这 就 要 求 锁 相 环 电路 必 须 与 数字 电路 集 成 在 同一 块 芯 片 上 。手 持 终端 设 备还 要 求 锁 相 环 功 耗尽 可 能低 。此 外 ，为 了减 少 功 耗 ， 数 字 电路 可 以设 置 成 “ 闲 ”和 “ 常 ”两种 状 态 ， 锁相 环 也 必 空 正 须满 足 此 要 求 。 本文 设 计 了一 种 用 于 手 持 终 端芯 片 中 时钟 产 生 的低 功 耗 电荷 泵 锁 相 环 。 它 为 整 个 芯 片提 供 占空 比 为 ５ ％的时 钟 ，拥 有 “ 闲 ”和 “ 常 ”两 种 工作 模 式 ，从 而 降低 功 耗 。在 系 统 设 计 上 ，通 过 编 程 控 ０ 空 正
宽范围快锁定CMOS电荷泵锁相环的设计
鉴频 鉴 相 器 ｆｈ ｓ ｒｑ ｅ ｃ ｅ ｃ ｒ 环 Ｐ ａｅＦｅ ｕ ｎｙＤ ｔ ｔ ）在 ｅｏ 路 中 的作 用 是检测 环路 输入 信号 和压 控振 荡器 产
７ 电 予 元 器 件 主 用 ２ １ ． Ｗ Ｗｅｄ． ２ ０ ０１ Ｗ ． ａ ｎ ｃ ｃ
第２０ 第１ １卷 年 月 ２ 期 ０ １ １
篾 锗寥
Ｖ１ ｏ ０１ Ｎ． ． １ ２
Ｊ ｎ ０１ ａ ．２ ０
Ｐ ｓ ｉｅ，Ｌ ）作 为环 路 滤波器 电路 。该 电路 在 ａｓ ｌ ｒ Ｖ Ｆｔ 锁 相 环 中具有 重要 的作 用 ，可决 定 锁定 时 间 的长 短 并 减小 由高 频造 成 的抖 动所 引起 的相 位 噪声 的 大 小 。其 二 阶滤 波 器 电路 如 图５ 所示 。该 滤 波 器
宽范围快锁定Ｃ Ｓ ＭＯ 电荷泵 锁相环 的设计
徐 江 ，刘元 ，于奇
（ 电子科技 大学微 电子与 固体 电子 学 院 ，四 川 成都 ６０５ ） １０ ４
摘 要 ：通过 研 究分析 电荷 泵锁 相环 的 电路 结 构 ，给 出 了一种 应 用于超 高速Ａ Ｃ 电荷 泵锁 Ｄ 的
相环 的设 计 方法 。该 方 法采用动 态Ｐ Ｄ （ Ｆ 鉴频 鉴相 器）结 构和Ｃ Ａ （ｕｒｎ ｔｅＡ ｌ ｅ）构 Ｓ Ｃ ｒ ｔ ｅｒ ｍｐｉ ｒ ｅ Ｓ ｉ ｆ
鉴相 器输 出信 号可 将控 制 电荷泵 电路 的充 放 电过
程 以及相 位误 差转 换成 控制 电压 ，以用 以控 制压
使用 ６ 晶体 管 ，图３ 示是 可 复位 Ｄ 发器 的原 个 所 触
一种大电压输出摆幅低电流失配电荷泵的设计
一种大电压输出摆幅低电流失配电荷泵的设计作者：蒋宇俊陈东坡来源：《现代电子技术》2009年第05期摘要：在分析了基本锁相环电荷泵工作机制的基础上，提出一种新型的电荷泵结构，该电荷泵在非常宽的电压范围内具有很低的电流失配，解决了传统电荷泵结构所具有的电荷注入、时钟馈通和电荷共享等问题，并且非常容易实现电荷泵充放电电流的数字控制。
基于SMIC 0.18 μm CMOSRF工艺库设计的实际电路，使用Cadence工具仿真结果表明，在电源电压2.0 V时，输出电压为0.3~1.63 V，充放电电流最大失配率小于0.1%，电流绝对值偏移率小于0.6%，说明这种新型电荷泵结构具有良好的性能。
关键词：锁相环；电荷泵；电流失配；数字控制中图分类号：TN432文献标识码：B文章编号：1004-373X(2009)05-153-03Charge Pump with Wide-range Output Voltage and High Current Matching CharacteristicsJIANG Yujun,CHEN Dongpo(Center for Analog RFIC,School of Microelectronics,Shanghai JiaotongUniversity,Shanghai,200240,China)Abstract：Based on analyzing the principle of Charge Pump(CP) of PLL,a new type of CP is presented in this paper.This CP has high current matching characteristics in wide-range output voltage,overcoming the disadvantage in the traditional CP circuit,which includs charge injection,clock feedthrough,and charge sharing.This type of CP can easily control the sourcing/sinking current digitally.The practical circuit is designed based on SMIC 0.18um CMOSRF technology,the simulation by Cadence tools shows that at 2V supply voltage,the sourcing/sinking current′s largest mismatch can achieve smaller than 0.1% and the absolute mismatch of current is smaller than 0.6% when the output voltage varies from 0.3V to 1.63V,indicating that this type of CP has a good performance.Keywords：phase locked loop；charge-pump；current mismatch；digital control0 引言CMOS电荷泵锁相环以其高速、低抖动、低功耗和易集成等特点，已广泛用于接收机芯片、时钟恢复电路中，如图1所示，电荷泵对整个电荷泵锁相环性能具有关键的作用，如果电荷泵的充放电电流能够在很大的输出电压范围内具有高精度的匹配，在PLL锁定某个频率时，LPF提供给VCO的控制电压将是一个常数，它将显著降低VCO输出频率的抖动，提高VCO的相位噪声特性，并且VCO可以具有很大的调谐范围［1］。
电荷泵锁相环环路滤波器参数设计与分析
电荷泵锁相环环路滤波器参数设计与分析作者：张涛陈亮来源：《现代电子技术》2008年第09期摘要：从环路滤波器的基本概念出发，主要论述了电荷泵锁相环环路滤波器参数的设计方法(包括1阶，2阶，3阶环路滤波器)，通过比较闭环的参数设计方法的不足,提出了一种新的开环环路滤波器参数的设计方法，并做出总结，最后利用Cadence公司Virtuoso系列主要对二阶无源低通滤波器进行仿真，验证了本方法的正确性，有一定的实用价值。
关键词：电荷泵锁相环；低通滤波器；环路带宽；相位余度中图分类号：TN713 文献标识码：B文章编号：1004-373X(2008)09-087-Parameters′ Design and Analysis of the Charge Pump Phase-locked Loop′s Loop Filter(Information Science and Engineering College,Wuhan University of the Science and Technology,Wuhan,430081,China)Abstract：Based on the basic concept of loop filter,the paper mainly discusses the design method of the parameter of a charge pump phase-locked loop loop filter(concluding one order,two order,three order).According to compare with the design method of the parameter of closed loop,it puts forward a kind of design method which is the design method of the parameter of the opened loop,and make a summary.At last,making use of the Virtuoso series of the Cadence firm mainly to two order without source low-pass filter carry on imitate really,the accuracy of this method is verified,there is certain practical value.Keywords：charge pump phase-locked loop;low-pass filter;loop bandwidth;phase remaining环路滤波器的设计是电荷泵锁相环设计中的重要环节。
鉴频鉴相器的指标对锁相环(PLL)死区及抖动性能的影
鉴频鉴相器的指标对锁相环(PLL)死区及抖动性能的影该应用笔记讨论了鉴频鉴相器的指标对锁相环(PLL)死区及抖动性能的影响。
在使用电荷泵环路滤波的PLL 设计中，通过产生具有最小脉宽的鉴相输出脉冲，可以减轻PLL 的死区效应和相关的锁相环抖动。
锁相环广泛用于电信行业，实现倍频、数据提取和时钟恢复。
这些锁相环通常采用基于电荷泵的环路滤波。
MAX9382 就是这样一款鉴相/鉴频器，用于基于电荷泵的环路滤波架构。
MAX9382 的关键参数之一是确保最短脉冲宽度，以消除电荷泵环路滤波设计中通常出现的死区效应。
MAX9382 把输入的相位差转换为可变脉宽的两路脉冲输出，这些输出为上、下端的脉冲信号，用来控制环路滤波电荷泵。
当两个输入频率不同时，MAX9382 如同一个鉴频器，其输出时间平均值是输入频率差的函数。
这种转换大大改善了环路锁定带外信号的能力。
图1 给出了MAX9382 的内部框图，图2 给出了MAX9382 输出平均(直流)电压值与输入相位差之间的函数关系。
式1、式2 和式3 说明当输入频率相同时(环路锁定条件下)和输入频率不同时(环路失锁条件下)鉴相/鉴频器的传输函数。
图1. MAX9382 鉴频/鉴相器图2. MAX9382 鉴频/鉴相器理想状态下的响应基于电荷泵的环路滤波图3 给出了一个典型的电荷泵和无源环路滤波架构。
这个架构利用开关选通匹配的电流源出和电流吸入，控制电流流入或流出环路滤波器。
根据鉴相器输入的相差在上、下输出端产生不同脉宽的脉冲，使环路滤波器电压上升或下降。
锁定条件下，鉴相器在电荷泵的两个输入产生一串相同脉宽(最小脉宽)的脉冲信号，式4 和式5 给出了电荷泵滤波器的传输函数和环路滤波网络的阻抗。
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锁相环电荷泵电荷注入效应
一、引言
随着现代电子技术的飞速发展，锁相环（PLL）作为一种关键的信号处理单元，在通信、雷达、导航等领域具有广泛的应用。
其中，电荷泵是PLL的重要组成部分，其性能的优劣直接影响到PLL的整体性能。
然而，电荷泵在工作过程中，会受到电荷注入效应的影响，导致PLL性能的下降。
因此，研究电荷注入效应及其抑制方法具有重要意义。
本文将深入探讨电荷泵的工作原理与非线性特性、电荷注入效应的影响以及抑制电荷注入效应的方法。
二、电荷泵的工作原理与非线性特性
电荷泵是PLL中的重要组成部分，其工作原理基于电荷的积累和传递。
在PLL中，电荷泵通过比较参考信号和反馈信号的相位差，产生相应的电流或电压，用于控制VCO的输出频率。
当参考信号的相位快于反馈信号时，电荷泵产生正电流向VCO的调谐电容充电；反之，当参考信号的相位慢于反馈信号时，电荷泵产生负电流从VCO的调谐电容中抽取电荷。
然而，在实际应用中，由于电荷泵电路的非线性特性，会产生电荷注入效应，对PLL的性能产生不利影响。
因此，了解和掌握电荷泵的非线性特性是研究电荷注入效应的关键。
三、电荷注入效应的影响
电荷注入效应是指电荷泵在工作过程中，由于电路的非线性特性，产生的多余电荷注入到VCO的调谐电容中，导致VCO的输出频率发生变化，从而影响PLL的性能。
具体来说，电荷注入效应会导致以下问题：
1.输出频率偏移：由于多余电荷的注入，VCO的调谐电容发生变化，导致VCO的输出频率偏离期望值。
2.相位噪声增加：由于输出频率的偏移，PLL的锁定时间延长，导致PLL 的相位噪声增加。
3.动态范围减小：在通信系统中，PLL的动态范围是指系统能够处理的信号强度的范围。
由于电荷注入效应的影响，PLL的动态范围减小，导致系统性能下降。
四、抑制电荷注入效应的方法
为了减小电荷注入效应对PLL性能的影响，可以采用以下几种方法：
1.优化电荷泵电路设计：通过改进电路设计，减小电荷泵的非线性特性，从而减小电荷注入效应。
例如，可以采用差分电荷泵电路设计，以降低电路中的共模噪声和干扰。
2.引入噪声抑制电路：在PLL中引入噪声抑制电路，减小多余电荷注入对VCO调谐电容的影响。
例如，可以在VCO的调谐电容两端并联一个电阻或电容，以减小注入电荷对调谐电容的影响。
3.增加频率校准：在PLL的输出端增加频率校准电路，实时监测和调整VCO的输出频率，以减小因电荷注入效应引起的频率偏移。
这种方法需要额外的硬件资源，但可以提高PLL的性能和稳定性。
4.优化控制算法：通过改进PLL的控制算法，减小电荷注入效应对PLL性能的影响。
例如，可以采用基于神经网络的自适应控制算法，根据系统状态实时调整控制参数，以减小因非线性特性引起的电荷注入效应。
五、结论
本文对锁相环电荷泵电荷注入效应进行了深入探讨。
首先介绍了电荷泵的工作原理与非线性特性；其次分析了电荷注入效应对PLL性能的影响；最后提出了几种抑制电荷注入效应的方法。
在实际应用中，需要根据具体的应用场景和要求选择合适的抑制方法。
同时，还需要进一步研究和探索新的抑制技术，以提高PLL的性能和稳定性。