应用于射频无线通信系统的多模分数分频频率综合器的设计和研究-微电子学与固体电子学专业论文.docx

复旦大学硕:1:学位论文摘要无线通信领域jK经历从2G 到3G 的转变，同时4G 技术也正逐渐成熟。因此，在未来相当长的时间内，能够同时兼容多种协议多种频段的多模无线终端将成为市场主流。在多模无线射频收发机的研发过程中，高性能、低成本的多模频率综合器是设计和开发的难点。本文以支持GSM /W CDM A 零中频收发机为目标,设计了一款多模宽带低相位噪声2A 分数分频频率综合器。本文首先介绍了锁相环频率综合器的结构和基本工作原理，并针对多模的特殊要求，完成了系统架构的设计和指标的定义。对于应用于无线通信的频率综合器而言，相位噪声是最重要的指标之一。其巾GSM 协议对频综的相位噪声的要求尤为严格，这也是CMOS频综尚未在无线通信系统中普及的原因之一。本文在相位域模型的基础上讨论了系统中各个模块对相位噪声的贡献，并给出了相位噪声的系统级仿真方法，以便对相位噪声进行整体分析和优化。此外，还介绍了环路参数的计算方法。为了保证环路的稳定性，本文提出了一种能够定量地分析各种非理想因素对环路相位裕度影响的方法，便于在系统设计阶段就能对工艺、温度、频率等的偏差进行估计，简化电路的设汁。接着，本文深入研究了多模分数分频频率综合器中的一些关键模块的相关技术。压控振荡器直接决定了频综的调谐范围和带外噪声，是多模频综的研究重点。本文在介绍了常用电感电容压控振荡器后，从相位噪声的基本原理出发，给出了一种适用于多模频综的低相位噪声宽带压控振荡器的结构。本文通过引入S-A 调制器来满足多模系统对信道带宽的要求。文中在S -A 调制器的基本原理基础上，讨论了当S-A调制器应用于频率综合器时应注意和特别考虑的问题，并比较了各种高阶S-A调制器的结构，给出了具体的设计流程和方法。自动频率校准电路是应用于无线通信系统的多模频综必不可少的组成部分。木文对数字频率佼准技术进行了比较，并在此基础上提出了一个无论校准精度还是校准速度都很有竞争力的自动校准电路的解决方案，以满足系统对频率精度和锁定时间的要求。最后，基于SMIC0.13丨im CMOS工艺设计和实现了一款应用丁?GSM/PCS/DCS/WCDMA 无线收发机的多模分数分频频率综合器。测试结果表明，所设计的1.2V宽带频率综合器的锁定范围为3.05GHz?5.17GHz,锁定时间小于30岬。当载波频率为3.8 GHz、2GH z和948MHz吋所对应的带内相位噪声分别为-89、-95.5和-101dBc/Hz,1M Hz频谱处的相位噪声分为-121、-123和-132dBc/Hz，能够满足系统要求。本论文设计的频率综合器已经集成在多模无线收发机中。关键词：频率综合器；锁相环；分数分频；相位噪声；频谱杂敗；压控振荡器；自动频率校准；2A调制器中图分类号：TN4复K 大^ 硕丨」，位论义A bstractW irelesscom m unication marketisundergoing atransitionfrom 2G to3G and atthesametime,4Gtechniqueisemerging.Thusamulti-modemobilehandsetsupportsallstandards isnecessary to cater form arketsdemands.To design such a system , ahigh-performancelow-costmulti-modefrequencysynthesizerisofgreatimportance.Inthisthesis,amulti-modewidebandlow-phase-noisefractional-NSAfrequencysynthesizerisstudiedanddesignedforGSM /W CDM A transceivers.Firstly,the fundamentalsand structuresofPLL-based frequency synthesizersareintroduced.System architectureandspecificationsaredefinedaccordingtoGSM /W CDM Aprotocols.Phasenoiseisoneofthemostimportantspecsforfrequencysynthesizersinwirelesscom municationsystem.GSMhasverytoughrequirementofphasenoise,whichisthemainobstacletowidelyspreadofCM OSfrequencysynthesizer.Inthisthesis,aphase