CMOS全集成低压低功耗锁相环设计概述

【低压低功耗锁相环设计概述】 锁相环(Phase-Locked Loop, PLL)是电子系统中的核心组件，尤其在通信系统中扮演着至关重要的角色。它通过调节自身的输出频率，使其与输入参考信号保持同步，从而实现频率合成、频率稳定、相位校准等多种功能。随着科技的发展，对低功耗、小型化设备的需求日益增强，低压低功耗的锁相环设计就显得尤为关键。这不仅涉及到系统整体性能的优化，还直接影响到设备的续航能力和便携性。 **一、低压电荷泵** 电荷泵在锁相环中负责提供调制电压，其性能直接影响环路滤波器和压控振荡器的工作。在低压环境下，传统的电荷泵结构由于需要多个MOSFET串联，导致电压损失过大，因此需要创新设计。以下是几种低压电荷泵的实现方式： 1.1 **运放反馈补偿电荷泵**：当电源电压受限，无法使用共源共栅电流镜时，文献[1,2]提出使用运算放大器进行补偿，通过反馈控制来确保电荷泵的充放电电流匹配，但电流会随输出电压变化。文献[3-5]进一步引入二级补偿电路，通过两级反馈控制，实现电流不随输出电压变化。 1.2 **运放隔离电荷泵**：文献[6]提出的方案利用有源滤波器隔离电荷泵的输出，保持电压恒定，以保持电流匹配，减少工艺、电压和温度变化的影响。设计时需注意电荷泵两部分的精确复制和布局，以降低噪声。 1.3 **开关配对技术**：文献[7]通过开关配对技术解决开关馈通问题，产生相反信号抵消馈通影响，确保电路稳定性。 **二、低功耗压控振荡器** 压控振荡器(VCXO)是锁相环的关键部件，其功耗和频率响应特性直接影响锁相环的整体性能。低功耗压控振荡器主要有电感电容型和环路型两种： - **电感电容压控振荡器**：具备良好的噪声性能，但频率增益较小，适用于对噪声敏感的应用。 - **环路压控振荡器**：占用面积小，频率范围宽，适用于需要广频率覆盖和高效能的场景。 设计低压低功耗的VCXO需要考虑振荡器的频率稳定性和功耗之间的平衡，例如采用新型材料、优化结构设计和改进工艺，以实现更高的频率响应和更低的功耗。 总结来说，低压低功耗锁相环设计是当前电子技术研究的重点，涉及电荷泵和压控振荡器等多个关键部件的创新。通过运用新的电路设计理念和技术，可以满足现代通信系统对低功耗、高性能的要求，推动物联网、可穿戴设备等领域的发展。