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现代通信技术和音视频技术的飞速发展，使具有众多优点的数字电视以飞快速度进入千家万户。作为数字电视接收机的一个重要部件——数字电视调谐器在数字电视的接收当中占有重要地位。而为了保证电视信号转换到中频的信号纯度，就需要一个锁相环频率综合器为变频器提供稳定的、宽带可编程的低噪声本地振荡源(Local Oscillation)。本文以基于DVB-C的有线数字电视为目标，系统的研究了基于标准3.3V 0.25μm CMOS工艺的高性能宽带数字电视锁相环的设计与实现。
本文系统地研究了频率综合器输出信号中的一些非理想效应及其对接收机产生的影响，重点分析了相位噪声对接收机一些重要性能的影响，根据数字电视的相关标准，系统的研究了本振信号相位噪声影响QAM接收机性能的机理，得到了DVB-C系统对射频前端本振信号的性能指标要求。
本文设计的锁相环环路滤波器结构针对宽带应用作了改进，并深入讨论了滤波器参数变化对环路响应的影响，探讨了一种可以保证宽带锁相环响应稳定性的滤波器参数优化方法。论文还针对环路的输出相位误差性能优化应用了一种滤波器设计技术。
论文根据电荷泵锁相环的噪声传输特性，改进了传统的电荷泵锁相环噪声模型，并基于各模块的结构特点，分析得到了基于电路特性的各模块相位噪声模型，构成了面向设计的锁相环噪声模型，使其可以直观有效地用于指导和评估锁相环的设计。该模型通过仿真和测试结果得到了验证。
论文根据宽带锁相环对高频模块的特殊要求，分析了传统的模拟和数字自动幅度控制(AAC)电路的优点与不足，采用了一种创新的压控振荡器(VCO)AAC电路，该电路能够保证VCO在宽带工作时的起振以及维持振荡幅度的一致性，在获得较为一致的相位噪声性能的同时AAC电路本身对相位噪声几乎没有影响。另外，论文还设计了一种改进的可工作于宽带高频的双模预分频器，通过和其它结构比较证明，其工作速度得到了大大提高，并且具有较低的功耗。
论文还分析了锁相环中的另两个重要模块——鉴相器/电荷泵和晶体振荡电路。针对电荷泵的失配问题，通过分析得出了相应的版图设计原则，通过仿真测试证明设计的电荷泵具有极低的电流失配。针对CMOS电路的特点，论文设计了一种新颖的交叉耦合晶振电路，并通过Leeson模型对晶振的相位噪声进行了分析和优化。
最后论文针对设计的宽带锁相环频率综合器进行了全面的测试并优化了环路滤波器参数。测试得到设计的锁相环频率综合器基本上能在整个工作频段(80MHz～900MHz)内取得比较高的性能。VCO的相位噪声都低于-80dBc/Hz@10kHz，大部分频率都低于-85dBc/Hz@10kHz。通过环路参数的优化设计，本振信号的均方根相位误差基本上达到了低于3.1°，而锁相环的参考杂散均低于-70dBc。该频率综合器在应用到数字电视调谐器后，能够实现了对DVB-C 640AM数字电视的高性能接收。