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随着无线通信技术的迅猛发展，毫米波集成电路的应用越来越广泛。如今调频连续波(FMCW, Frequency Modulation Continuous Wave)雷达已经在各个领域得到越来越广泛的应用。77GHz汽车避撞雷达是当前毫米波集成电路的研究热点。频率综合器在FMCW雷达系统中提供稳定的本振信号，是不可或缺的重要组成部分。而鉴频鉴相器(PFD, Phase Frequency Detector)和电荷泵(CP, Charge Pump)作为锁相环频率综合器的关键模块，决定着系统的最终性能。
本课题基于 0.13μm SiGe BiCMOS 工艺，设计并实现了应用于连续波雷达频率源的50MHz 鉴频鉴相器和电荷泵。本文在分析电荷泵型锁相环频率综合器的工作原理和相位噪声传递机制的基础上，给出了PFD和CP的设计指标，并根据设计指标提出了PFD和CP的结构。PFD采用非线性结构，在两输入信号的相位差绝对值小于π时(|?φ|<π)，PFD输出正比于相位差的脉冲信号，当相位差的绝对值大于π而小于2π时(π<|?φ|<2π)，PFD保持恒定输出，表现出非线性鉴相功能，非线性鉴相能够加快锁相环的锁定时间；CP采用恒跨导轨到轨运算放大器将输出节点和参考节点互连以提高电流匹配精度，另外单独设计带隙基准电路和基准电流源电路，无须添加外部的基准电流。采用Cadence软件对非线性PFD和CP进行了电路原理图设计、前仿真、版图设计和后仿真，最终流片并通过测试验证。测试结果显示非线性PFD无鉴相死区，鉴相范围为(-1.93π,1.93π)。当CP输出节点的节点电压在0.6~2.8V之间时，CP的充电或放电电流约为196.5μA，静态电流失配度小于1%。该PFD/CP芯片在3.3V电源电压下的工作电流为1.9mA。
本课题所提出的PFD/CP结构已应用于77GHz连续波雷达频率源芯片中，经过适当改进后也可以应用在其他电荷泵型锁相环频率综合器中。
本课题基于 0.13μm SiGe BiCMOS 工艺，设计并实现了应用于连续波雷达频率源的50MHz 鉴频鉴相器和电荷泵。本文在分析电荷泵型锁相环频率综合器的工作原理和相位噪声传递机制的基础上，给出了PFD和CP的设计指标，并根据设计指标提出了PFD和CP的结构。PFD采用非线性结构，在两输入信号的相位差绝对值小于π时(|?φ|<π)，PFD输出正比于相位差的脉冲信号，当相位差的绝对值大于π而小于2π时(π<|?φ|<2π)，PFD保持恒定输出，表现出非线性鉴相功能，非线性鉴相能够加快锁相环的锁定时间；CP采用恒跨导轨到轨运算放大器将输出节点和参考节点互连以提高电流匹配精度，另外单独设计带隙基准电路和基准电流源电路，无须添加外部的基准电流。采用Cadence软件对非线性PFD和CP进行了电路原理图设计、前仿真、版图设计和后仿真，最终流片并通过测试验证。测试结果显示非线性PFD无鉴相死区，鉴相范围为(-1.93π,1.93π)。当CP输出节点的节点电压在0.6~2.8V之间时，CP的充电或放电电流约为196.5μA，静态电流失配度小于1%。该PFD/CP芯片在3.3V电源电压下的工作电流为1.9mA。
本课题所提出的PFD/CP结构已应用于77GHz连续波雷达频率源芯片中，经过适当改进后也可以应用在其他电荷泵型锁相环频率综合器中。