用于HDMI发送器的电荷泵锁相环研究与设计

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伴随着高清晰度大屏幕终端显示技术的发展,高清晰度多媒体接口(HDMI)规范于2002年应运而生。经过六年多的发展,其应用越来越广泛。在这样的背景下,论文设计了一种用于HDMI发送芯片的锁相环时钟倍频电路,该电路满足HDMI最新的规范,将25MHz~340MHz的时钟信号5倍频用于对并行数据的串行处理。论文围绕设计与实现这一高速、低抖动电荷泵锁相环为中心,展开具体的工作。首先,论文在系统层面上对锁相环进行了深入地分析与研究。介绍电荷泵锁相环的连续时间域线性模型与离散时间域模型,得出系统环路参数的选择原则,为高速、低噪声电荷泵锁相环的系统级设计和优化奠定理论基础。在上述两种模型的基础上提出了一种新的离散时间域模型,将连续与离散时间域模型有机的联系起来。论文分析了锁相环的相位噪声,并引用Hajimiri噪声模型对电荷泵锁相环系统的核心模块——压控振荡器进行深入分析,为提高锁相环的噪声性能提供了理论依据。在锁相环的设计方面,论文依然紧扣高速和低抖动这两个性能指标。依据从系统层面分析得到的理论,完成了从系统级、行为级到电路级的整个设计流程。对电路结构特别是其为了满足高速和低抖动的要求所做的改进,进行了详细介绍。电荷泵锁相环(CP-PLL)采用TSMC(台积电)0.18μm 1P6M(单层多晶硅六层金属)1.8V/3.3V混合信号CMOS工艺。整体电路的仿真结果显示,电路能满足HDMI发送芯片对锁相环时钟倍频电路的要求。
目录第3-6页
摘要第6-7页
Abstract第7页
第1章 引言第8-12页
    1.1 高清晰度多媒体接口简介第8-9页
    1.2 课题意义及本文工作第9-10页
    1.3 论文的组织第10-12页
第2章 锁相环系统的基本理论第12-37页
    2.1 锁相环的基本原理第12-13页
    2.2 电荷泵锁相环第13-19页
        2.2.1 鉴相/鉴频器(PFD)第13-15页
        2.2.2 电荷泵(CP)第15-16页
        2.2.3 低通滤波器(LPF)第16-17页
        2.2.4 压控振荡器(VCO)第17-19页
        2.2.5 分频器(Divider)第19页
    2.3 电荷泵锁相环的连续时间域线性模型第19-22页
        2.3.1 锁定状态下环路的传递函数第19-21页
        2.3.2 电荷泵锁相环环路参数的确定第21-22页
    2.4 电荷泵锁相环的离散时间域模型第22-29页
        2.4.1 空间状态模型的推导第23-24页
        2.4.2 状态空间模型算法的实现第24-27页
        2.4.3 状态空间模型线性化分析第27-29页
    2.5 CP-PLL的Z域新模型第29-35页
        2.5.1 鉴相/鉴频器的采样开关模型第30-32页
        2.5.2 采用采样开关模型的CP-PLL的Z域模型第32-33页
        2.5.3 新的Z域模型与S域模型联系第33-35页
    2.6 小结第35-37页
第3章 相位噪声的分析第37-48页
    3.1 基本噪声理论第37-38页
    3.2 锁相环系统相位噪声理论第38-40页
    3.3 相位噪声和时钟抖动的概念第40-43页
        3.3.1 相位噪声第40-41页
        3.3.2 时钟抖动第41-43页
    3.4 VCO相位噪声理论与模型第43-47页
        3.4.1 VCO相位噪声理论第43-44页
        3.4.2 Hajimiri的VCO相位噪声模型第44-47页
    3.5 小结第47-48页
第4章 电荷泵锁相环电路的系统设计第48-55页
    4.1 系统级设计第48-53页
        4.1.1 系统描述第48-49页
        4.1.2 系统指标第49页
        4.1.3 系统结构的确定第49-50页
        4.1.4 环路参数设计第50-52页
        4.1.5 系统级仿真第52-53页
    4.2 行为级仿真第53-54页
    4.3 小结第54-55页
第5章 电荷泵锁相环的电路设计第55-77页
    5.1 鉴相/鉴频器的设计第55-59页
    5.2 电荷泵与低通滤波器的设计第59-63页
    5.3 压控振荡器的设计第63-71页
        5.3.1 "巴克豪森"判断准则第64-65页
        5.3.2 环形振荡器的延迟单元第65-67页
        5.3.3 本文设计压控振荡器第67-71页
    5.4 分频器的设计第71-74页
        5.4.1 分频器的实现第71页
        5.4.2 本文分频器的设计第71-74页
    5.5 电路的整体仿真第74-76页
    5.6 小结第76-77页
第6章 总结与展望第77-79页
    6.1 结论第77-78页
    6.2 期望第78-79页
参考文献第79-81页
研究生阶段发表的论文第81-82页
致谢第82-83页
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