【摘 要】
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超宽带（UWB）脉冲通讯技术凭借着其厘米级别的定位精确度,成为了手机、智能汽车等应用的关注热点。频率综合器作为超宽带脉冲通讯芯片的关键模块,需要同时具备低噪声、低杂散、大频率调节范围的特点。为了满足其应用需求,传统频率综合器结构往往需要付出大功耗和大面积的代价,不利于芯片续航、寿命与成本。因此,对应用于UWB脉冲通讯技术的低功耗、小面积的频率综合器的研究具有重要的工程应用价值。本文基于SMIC 2
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超宽带（UWB）脉冲通讯技术凭借着其厘米级别的定位精确度,成为了手机、智能汽车等应用的关注热点。频率综合器作为超宽带脉冲通讯芯片的关键模块,需要同时具备低噪声、低杂散、大频率调节范围的特点。为了满足其应用需求,传统频率综合器结构往往需要付出大功耗和大面积的代价,不利于芯片续航、寿命与成本。因此,对应用于UWB脉冲通讯技术的低功耗、小面积的频率综合器的研究具有重要的工程应用价值。本文基于SMIC 28nm CMOS工艺,设计了一款应用于UWB芯片的频率综合器。该频率综合器由采样鉴相器（Sampling Phase Detector,SPD）、主从采样环路滤波器（Master-Slave Sampling Loop Filter,MSSF）、两级差分电流受限环形压控振荡器、多模分频器（Multi-Modulus Divider,MMD）和自动频率校准（Auto Frequency Calibration,AFC）模块组成,在满足UWB技术应用需求的同时有效的减小了电路面积和功耗。本文选择的基于两级差分电流受限环形振荡器的一类采样锁相环结构的频率综合器结构具有大的环路带宽,从而有效地抑制了环路中由振荡器产生的相位噪声,降低环路对振荡器噪声的需求,达到降低振荡器功耗的效果。采用改进型两级差分电流受限环形压控振荡器,在实现大频率调节范围、正交四相位输出信号和小面积的同时具有良好的增益线性度。提出改进型采样鉴相器和主从环路采样滤波器联级结构,在实现了高线性度和大增益性能同时具有小的噪声能量和输出电压纹波,而较小的输出电压纹波意味着较小的杂散能量。后仿真结果表明,在电源电压0.9V和参考时钟频率38.4MHz的情况下,本设计产生了 6.5GHz～10GHz频率调节范围的四相位正交时钟。其中当输出频率为8GHz时,本设计输出时钟积分时间抖动为0.891ps、参考时钟杂散能量为-68.5dBc、平均功耗为4.06mW、芯片面积为0.01 mm2。结果充分表明本文在满足UWB脉冲通讯技术应用指标的同时有效地降低了芯片面积及其功耗。
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