应用于433MHz ISM频段电荷泵锁相环的设计

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无线通信技术是近20年来信息通信领域中发展最快、应用最广的技术。各种无线通信技术(如手机通信、无线局域网、卫星定位、短距离遥控)都已广泛应用于日常生活当中,给人们带来了极大的方便和全新的体验。   本文设计了用于433MHzISM频段的电荷泵锁相环,首先对锁相环的系统进行了分析,包括环路的稳定性和锁定时间以及系统的噪声模型。借助于ADS仿真软件,给出了锁相环系统的分析模型以及确定系统参数的方法,并对实际的设计电路仿真结果与系统模型的分析结果进行了比较,仿真结果一致。   在本文所设计的锁相环系统中,由于实际应用的单频带特点,通过采用整数分频结构简化了系统的设计复杂度。结合系统性能(如相位噪声,锁定时间等)的要求,以及参考频率的选择,系统采用的整数分频比为32。   由于单频带的特点,系统对相位噪声,锁定时间的要求均不高,因此系统模块的选择考虑到面积和功耗等指标。相比于LC压控振荡器(LC-VCO),环形压控振荡器(Ring-VCO)具有面积小,功耗较低,调谐增益较大的特点。对于电荷泵的充放电电流的确定,由于系统对锁定时间要求不高,所以电流值确定在5~10μA的范围,节省了功耗。   本设计基于CSMC0.5μmCMOS工艺,具体的电路设计中,环形压控振荡器的调谐增益KVCO为1000MHz/V,考虑到工艺的偏差,调谐电压的范围为1.2~1.9V。电荷泵的充放电电流为6.5μA。系统环路滤波器采用3阶无源RC滤波器,以节省功耗。鉴频鉴相器的输入参考频率为13.56MHz,系统环路的带宽约为500kHz,锁定时间约为10μs。   该设计的流片测试结果表明,锁相环的工作状态正常。当输入参考频率为13.56MHz时,输出频率约为433.9MHz,对应的调谐电压为1.6377V,电荷泵锁相环系统工作正常。
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