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得益于近十几年来半导体工艺和通信技术的迅猛发展,各种短距离无线通讯电子产品涌入现代社会生活中的方方面面。置于汽车中的胎压监测系统通过短距离无线传输技术,实时监控轮胎压力和温度等数据以确保车辆行驶安全。胎压监测系统的核心是射频前端无线收发芯片,而锁相环是射频芯片频率综合器中复杂度较大的关键组成模块,保证了信号频谱的纯度,其提供的本振信号质量直接决定整个系统通信性能。针对实际工程中所面临的成本和可靠度等要求的挑战,在湖南进芯电子科技有限公司射频项目支持下,本文主要对锁相环结构进行研究,完成一款应用于射频芯片中支持433MHz和915MHz两个频段工作的电荷泵锁相环的设计。本文首先介绍射频前端无线收发芯片的结构和工作原理,然后由顶层开始自上而下,根据相关理论逐步分析电荷泵锁相环结构,讨论环路中频率、噪声特性和非理想效应等,按照项目要求设计环路参数并将各电路模块具体化实现。为满足高信号分辨率,设计三个不同锁相环路联合工作;结合数字控制模块,在传统电路基础上设计新型LC压控振荡器和环形振荡器,改善其频率特性、降低噪声、提高线性度和增大频率调谐范围;在传统二分频器结构基础上,设计新型高频满摆幅输出的电流模逻辑高速二分频器;依据环路锁定时间和指标要求设计并优化无源三阶环路滤波器、电荷泵和鉴频鉴相器等电路模块。基于SMIC 0.18μm 1P4M标准CMOS工艺,在Linux系统下通过Cadence软件完成电路设计,采用Virtuoso工具进行版图设计,在Calibre工具中提取电路寄生参数,并利用Spectre RF模型完成锁相环路的后仿真。后仿真结果显示:环路锁定时间约为80μs,跳频后重新锁定所需时间约为55μs,当锁相环路工作于433MHz频段时,调谐范围为721.348~1025.82MHz,在调谐范围内相位噪声约为-80dBc/Hz@1MHz,频率分辨率为55.55kHz,环路消耗总静态电流约为18.4mA;当锁相环路工作于915MHz频段时,调谐范围为1700.764~2237.508MHz,在调谐范围内相位噪声约为-117dBc/Hz@1MHz,频率分辨率为52.6kHz,环路消耗总静态电流约为20.7mA。仿真结果表明,该设计满足系统要求,测试结果验证了该设计的合理性。