电荷泵锁相环环路滤波器的设计与优化
电荷泵锁相环四阶无源环路滤波器的设计
常用四阶无源环路滤波器是由三阶无源滤波 器 后 连 接 一 级 R C 低通滤波器组成，其 电 路 如 图 2 所示。
图 2 四阶无源环路滤波器的组成
四阶无源环路滤波器阻抗传递函数为[8]
Z (s )= _s_A_o_d__+ _s_T_^_ 1a++5Xs2^___a__+__s_T_,_)
本文论述了一个应用于电荷泵锁相环的四阶 无 源 滤 波 器 的 设 计 方 法 。对 一 个 应 用 于 移 动 通 信 系 统 的 锁 相 环 的 进 行 了 滤 波 器 的 设 计 ，并 使 用 A D S 软 件 对 设 计 结 果 进 行 仿 真 ，验证设计方法的 正确性。
2 电荷泵锁相环原理
电荷泵锁相环实现的电路形式很多，但主要性 能指标都基本相似，如电荷泵鉴相器主要性能指标 是 电 荷 泵 增 益 K / m A ) 。环路滤波器主要性能指 标有结构、阶数、相 位 裕 量 9 、环 路 带 宽 # 、滤波器 极点比等。压 控 振 荡 器 性 能 指 标 是 压 控 灵 敏 度 U M H z )、输出功率、相位噪声等[5〜7]。
Key Words charge pum p phase locked lo o p , passive fo rth order filte r, A D S sim u la tion Class Number T N 9 1 1
1 引言Байду номын сангаас
电荷泵锁相环具有易于集成、低 功 耗 、无锁定 相差 、低相位抖动等优点，逐渐替代了传统的电压 鉴 相 器 锁 相 环 ，是 目 前 应 用 非 常 广 泛 的 一 种 频 率 合 成 器 [1]。在 电 荷 泵 锁 相 环 的 设 计 中 ，环 路 滤 波 器 是 最为重要的。锁 相 环 的 很 多 性 能 指 标 ，如锁定时 间 ，相位噪声，杂散抑制性能等，直接与环路滤波器 相 关 。环路滤波器设计的好坏关系到整个设计方 案 的 成 功 与 否 [2〜3]。现 在 的 环 路 滤 波 器 设 计 和 应 用仅限于三阶无源滤波器。由于四阶无源滤波器 设计中需要确定的参数较多，设 计 过 程 相 当 复 杂 ， 需要引入一定的近似，目前它的设计方法在相关文 献 报 道 鲜 有 涉 及 。但 四 阶 无 源 滤 波 器 与 三 阶 滤 波 器 相 比 ，具 有 更 好 的 杂 散 抑 制 性 能 ，尤 其 对 杂 散 频 率在环路带宽二十倍以上时，这在杂散比较分散的 小数分频频率合成器中有广泛的应用前景。*
电荷泵锁相环四阶无源环路滤波器的设计
电荷泵锁相环四阶无源环路滤波器的设计1. 绪论1.1 研究背景1.2 研究目的与意义1.3 现有研究综述2. 无源环路滤波器原理2.1 电荷泵2.2 锁相环2.3 无源滤波器2.4 四阶环路滤波器3. 设计方案3.1 系统框图3.2 电路设计流程3.3 具体电路设计4. 实验验证4.1 实验设备与方法4.2 实验结果与分析5. 结论与展望5.1 结论总结5.2 研究展望及不足参考文献1. 绪论1.1 研究背景滤波器是电子系统中重要的信号处理器件，用于滤除噪声、干扰等非期望信号，提高系统性能和可靠性。
传统的滤波器通常包括有源滤波器和无源滤波器，有源滤波器具有较高的增益和带宽，但容易产生交叉耦合、不稳定性等问题，不适合高灵敏度和高可靠性的系统应用。
相对地，无源滤波器不需要功率放大器，具有低噪声、低失真、高工作稳定性等优点，因此受到广泛关注。
环路滤波器是一种无源滤波器，它利用环路反馈结构实现信号滤波，可以用于时钟恢复、PLL电路、模数转换器、数字信号处理等领域。
环路滤波器的特点是抑制抖动频率和高频噪声，同时保持信号相位不变，因此能够有效地减少电子系统中时钟服从误差、干扰等问题。
而四阶环路滤波器是基于二阶滤波器级联实现的，具有更高的阻带深度和抑制量，因此适用于对要求更高的滤波应用领域。
1.2 研究目的与意义目前，环路滤波器的设计研究已经相对成熟，但在实际应用中，仍然存在一些问题，如：滤波器带宽、抑制深度、相位噪声等方面的指标需要进一步优化，同时还需要提高滤波器的环路稳定性和抗噪声干扰能力。
因此，本文旨在设计一种基于电荷泵锁相环的四阶无源环路滤波器，通过优化电路设计与参数选择，提高滤波器的性能指标和工作稳定性，实现滤波效果更加优异的无源滤波器。
1.3 现有研究综述电荷泵锁相环作为一种广泛应用于频率合成和时钟恢复领域的锁相环，其具有结构简单、工作稳定、精度高等优点，目前已经在许多应用领域中得到推广应用。
同时，环路滤波器也是一种常用的滤波器结构，在信号处理、相位锁定等领域被广泛应用。
毕业论文-CMOS电荷泵锁相环的研究与设计
CMOS电荷泵锁相环的研究与设计摘要锁相环设计是现代集成电路设计中一个重要的话题，在射频无线通信、高速有线通信、光纤通信以及高性能数字电路等领域中占有重要的地位。
电荷泵锁相环是锁相环应用中最广泛的一种，因为它具有易集成、低功耗、低抖动、低噪声、捕获范围宽等特点。
因此电荷泵锁相环成为IC领域研究中的热点。
本论文首先介绍了锁相环的背景与现状，分析了一般锁相环的组成结构与基本原理并逐步引出电荷泵锁相环，研究了锁相环的非理想特性，并推导了部分组成部分的参数，最终得到锁相环的数理模型。
在此基础上，设计了一个工作在10MHz~100MHz的电荷泵锁相环，包括鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器、压控振荡器以及分频器电路模块。
本文鉴相器是由两个RS触发器与一些非门、与非门构成，具有较大的鉴相灵敏度、较小的纹波输出、工作线性区域大和零点漂移小的特点。
电荷泵采用全差分设计，使用了镜像电流源，这样就使电荷泵受温度影响大大减小，同时也稳定了电流的输入。
低通滤波器使用无源二阶滤波器，既降低了制造成本，又避免了极点的产生，提高了电路的稳定性。
本实验的锁相环使用的是电荷泵锁相环基于CSMC0.6um标准CMOS工艺。
仿真结果要求锁相环在5V电源电压下可以在5MHz~120MHz的频率范围内正常工作，占空比为50%±3%，锁定时间小于8μs。
经仿真试验，本设计达到了课题的要求。
关键词：锁相环；鉴频鉴相器；电荷泵；压控振荡器；COMSAbstractPLL design is a modern integrated circuit design is an important topic, occupies an important position in the field of radio frequency wireless communications, high-speed wired communications, optical communications, and high-performance digital circuits and the like . CPPLL is locked loop applications, the most widely used , because it has easy integration, low-power, low-jitter , low -noise , wide capture range of features. Thus IC CPPLL become a hot research field .This paper introduces the background and status of the PLL , followed by analysis of the structure and composition of the basic principles of the general phase-locked loop and gradually leads CPPLL study the non-ideal characteristics of the PLL and derive some parameter components , and ultimately get the PLL mathematical models. On this basis , the design of a work in 10MHz ~ 100MHz charge pump PLL, including phase frequency detector, charge pump , loop filter , VCO and divider circuit modules.This article is some phase NAND gate NAND gate consists of two RS flip-flop having a phase sensitivity of the larger , the smaller the output ripple , and the work of the linear region of the large zero drift characteristics. A fully differential charge pump design, a current mirror , so that the charge pump is reduced greatly affected by temperature , but also the stability of the input current. Second-order low-pass filter using passive filters , not only reduces manufacturing costs, and avoid the extreme generation, but also allows the circuit is very stable.In this study, using a phase-locked loop based TSMC0.35um CPPLL standard CMOS process . The simulation results require phase-locked loop can operate at 3.3V supply voltage in the frequency range of 5MHz ~ 120MHz normal duty cycle of 50% ± 3%, the lock time is less than 8μs. The simulation test, the design meets the requirements of the subject .Key words: low voltage; Low power; CMOS operational amplifier; Rail to rail input目录摘要 (I)Abstract (II)第一章绪论 (5)1.1 锁相环的背景 (5)1.2 锁相环的发展、现状和应用 (5)1.3 论文的章节安排 (7)第二章 CMOS电荷泵锁相环的基本原理及组成 (8)2.1 电荷泵锁相环的基本原理 (8)2.2 CMOS电荷泵锁相环的基本组成 (9)2.2.1 鉴频鉴相器 (9)2.2.2 电荷泵 (10)2.2.3 延时电路 (11)2.2.4 环路滤波器 (12)2.2.5 PFD/CP的非理想效应 (13)2.2.6 压控振荡器 (17)2.2.7 分频器 (17)2.2.8 锁相环的基本性能 (17)2.3 电荷泵锁相环的相位噪声 (18)2.4 本章小结 (19)第三章电荷泵锁相环电路的设计 (20)3.1 电荷泵锁相环电路简介 (20)3.2鉴频鉴相器电路设计与仿真 (20)3.2.1 鉴频鉴相器的 (20)3.2.2仿真波形 (23)3.3 电荷泵和滤波器的设计和仿真 (24)3.3.1电荷泵的设计 (24)3.3.2 环路滤波器的结构 (26)3.3.3 电荷泵和滤波器的仿真 (29)3.4 环路整体仿真 (30)3.5 小节 (31)第四章结论 (32)参考文献 (32)致谢 (33)第一章绪论1.1 锁相环的背景锁相环电路（PLL）是一个能够跟踪输入信号相位的闭环自动控制系统。
锁相环的无源滤波器设计
1. 引 言
最近几年来随着数字通信和半导体电子技术的飞速发展， 通信系统逐步向数字化、 集成 化方向发展。 锁相环技术在通信系统中占有十分重要的地位。 锁相环是数模混合集成电路中 一个非常重要的基本模块，它常用于构成频率合成、时钟恢复等电路，也可以用来抑制信号 的抖动和噪声[1]。目前,电荷泵锁相环是所有锁相环中最受关注的一种,例如它在射频的频率 合成器、 数字电路中的时钟产生以及时钟恢复电路中都被广泛采用。 这主要是因为电荷泵锁 相环具有良好的跟踪能力和捕获能力，此外电荷泵结构的锁相环（CPLL）还具有易集成、 低功耗、无相差锁定、低抖动等优点。 环路滤波器(LPF)是电荷泵锁相环电路的重要环节，连接在电荷泵和压控振荡器之间， 锁相环的基本频率特性是由环路滤波器决定的。 环路滤波器可以采用无源滤波器或有源滤波 器，但是，对于高阶锁相环，如果采用有源滤波器，由于其电路结构复杂，有源器件引入的 相位噪声过大，增益随工艺、温度的变化而波动范围较大，使得高阶锁相环的稳定性变得更 差。而使用无源滤波器却可以达到电路结构简单、低噪声、高稳定度的目的。随着现代通讯 技术的发展的高要求性，低阶锁相环已经无法满足性能的需求，因此，研究用于高阶锁相环 的高阶无源滤波器的设计是非常必要的。 本文论述了用于电荷泵锁相环的三阶无源低通滤波器的设计。 先简要介绍了常用的二阶 无源滤波器的设计， 重点论述了三阶无源低通滤波器的设计方法； 讨论了如何选择滤波器元 器件参数， 从而优化锁相环性能的方法； 最后给出了使用所设计滤波器的锁相环的各种频率 响应曲线。
G (s) = K d ⋅ I d ⋅ F (s) ⋅
闭环增益为
K vco 1 ⋅ S N
（1）
H ( s) =
G( s) 1 + G (s)
电荷泵锁相环的模型研究和电路设计
结论
本次演示对电荷泵锁相环的模型研究和电路设计进行了详细探讨。通过建立 数学模型并简化分析，我们发现电荷泵锁相环的性能主要受到电荷泵增益、环路 滤波器时间常数以及输入信号频率的影响。在此基础上，我们设计了一款电荷泵 锁相环电路，并对关键元件进行了选择和优化。然而，该电路仍存在一些不足之 处，需要进一步改进。
2、低功耗：该设计方案采用了先进的工艺和电路设计，使得芯片的功耗较 低，延长了设备的使用寿命。
3、高集成度：所设计的锁相环集成电路芯片具有高集成度，减小了设备的 体积和重量，方便了实际应用。
结论：
本次演示通过对高速锁相环集成电路芯片的深入研究和实验验证，提出了一 种针对高速条件下的高效设计方案。实验结果表明，所设计的芯片在高速条件下 具有良好的性能和可靠性。但是，我们也意识到该设计方案仍存在一些不足之处， 例如在复杂电磁环境下的稳定性等问题。
近年来，随着太阳能技术的快速发展，光伏并网逆变器在太阳能发电系统中 得到了广泛应用。三相锁相环设计在光伏并网逆变器控制中具有重要意义，是实 现并网稳定运行的关键技术之一。本次演示将阐述三相锁相环设计及光伏并网逆 变器控制的研究内容和方法。
在光伏并网逆变器控制领域，文献综述表明，现有的研究主要集中在逆变器 拓扑结构、控制策略和并网保护等方面。其中，三相锁相环设计是逆变器控制策 略中的重要组成部分。已有的三相锁相环设计方法主要包括基于PI调节器和基于 同步检测器的设计方法。然而，这些方法在实时性、准确性和稳定性方面仍存在 一定的问题，特别是在复杂环境和恶劣条件下。
模型研究
1、电荷泵锁相环的原理和内部 机制
电荷泵锁相环主要由电荷泵、环路滤波器（Loop Filter）和电压控制振荡 器（VCO）三个主要部分组成。其工作原理是，通过电荷泵将输入信号的相位差 转化为电压，再经环路滤波器滤除高频成分，得到控制VCO的直流电压，最终实 现输出信号与输入信号的相位和频率同步。
电荷泵锁相环环路滤波器参数设计与分析
电荷泵锁相环环路滤波器参数设计与分析作者：张涛陈亮来源：《现代电子技术》2008年第09期摘要：从环路滤波器的基本概念出发，主要论述了电荷泵锁相环环路滤波器参数的设计方法(包括1阶，2阶，3阶环路滤波器)，通过比较闭环的参数设计方法的不足,提出了一种新的开环环路滤波器参数的设计方法，并做出总结，最后利用Cadence公司Virtuoso系列主要对二阶无源低通滤波器进行仿真，验证了本方法的正确性，有一定的实用价值。
关键词：电荷泵锁相环；低通滤波器；环路带宽；相位余度中图分类号：TN713 文献标识码：B文章编号：1004-373X(2008)09-087-Parameters′ Design and Analysis of the Charge Pump Phase-locked Loop′s Loop Filter(Information Science and Engineering College,Wuhan University of the Science and Technology,Wuhan,430081,China)Abstract：Based on the basic concept of loop filter,the paper mainly discusses the design method of the parameter of a charge pump phase-locked loop loop filter(concluding one order,two order,three order).According to compare with the design method of the parameter of closed loop,it puts forward a kind of design method which is the design method of the parameter of the opened loop,and make a summary.At last,making use of the Virtuoso series of the Cadence firm mainly to two order without source low-pass filter carry on imitate really,the accuracy of this method is verified,there is certain practical value.Keywords：charge pump phase-locked loop;low-pass filter;loop bandwidth;phase remaining环路滤波器的设计是电荷泵锁相环设计中的重要环节。
锁相环环路滤波器系数计算
锁相环环路滤波器系数计算锁相环（Phase-Locked Loop, PLL）是一种广泛应用于通信系统、时钟同步、频率合成等领域的电子电路。
而锁相环环路滤波器是锁相环中的重要组成部分，用于实现信号的滤波和抑制噪声。
本文将从锁相环环路滤波器的系数计算方法入手，详细介绍其原理和应用。
锁相环环路滤波器的设计目标是通过滤波器对输入信号进行滤波，使得输出信号的频率和相位与参考信号保持一致。
在锁相环中，环路滤波器通常采用低通滤波器的形式，用于滤除高频噪声和抑制输入信号的高频分量。
锁相环环路滤波器的系数计算主要包括滤波器的阶数、截止频率和滤波器类型等方面。
首先，确定滤波器的阶数，即滤波器的自由度。
一般来说，阶数越高，滤波器的性能越好，但计算复杂度也会增加。
根据实际需求和资源限制，选择适当的滤波器阶数。
确定滤波器的截止频率。
截止频率是指滤波器开始起作用的频率，通常用于抑制输入信号中的高频分量。
截止频率的选择应根据系统的频率范围和带宽要求进行，一般需要根据具体应用场景进行调整。
确定滤波器的类型。
常见的滤波器类型包括巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器、椭圆滤波器等。
不同的滤波器类型具有不同的频率响应特性，如通带波纹、阻带衰减等。
根据具体应用需求和性能要求，选择合适的滤波器类型。
在锁相环环路滤波器的系数计算中，常用的方法包括频率抽样法和脉冲响应法。
频率抽样法是一种基于频域的计算方法，通过对输入信号和滤波器的频谱进行采样和计算，得到滤波器的系数。
脉冲响应法是一种基于时域的计算方法，通过对输入信号和滤波器的脉冲响应进行卷积运算，得到滤波器的系数。
在实际应用中，锁相环环路滤波器的系数计算需要考虑多种因素，如噪声抑制能力、滤波器的稳定性和计算复杂度等。
为了满足不同应用场景的需求，可以根据具体情况进行参数调整和优化。
除了滤波器系数的计算，锁相环环路滤波器的设计还需要考虑其他因素，如锁定范围、锁定时间和抗干扰能力等。
锁相环环路滤波器的设计是一个综合考虑多个因素的工程问题，需要结合具体应用场景和系统需求进行。
电荷泵锁相环的基础研究
电荷泵锁相环的基础研究随着科技的不断发展，各种电子设备如手机、电视、计算机等已成为人们日常生活和工作中不可或缺的工具。
为了满足人们对电子设备性能和功能不断增长的需求，各种先进的信号处理技术和电路设计方法被引入到这些设备中。
其中，电荷泵锁相环（Charge PumpPhase-Locked Loop，简称CP-PLL）是一种非常重要的技术，它在频率合成、相位跟踪和信号恢复等领域有着广泛的应用。
本文将围绕电荷泵锁相环的基础研究展开讨论。
电荷泵锁相环的研究已经经历了数十年的发展历程。
在国内外相关领域的研究中，理论研究和实验研究都取得了重要的进展。
在理论方面，研究人员对电荷泵锁相环的相位检测、环路控制、输出调节等各个组成部分进行了深入的分析和建模，提出了一系列有效的算法和电路设计。
在实验方面，科研人员通过精心设计的实验方案，验证了电荷泵锁相环在各种不同场景下的性能表现。
电荷泵锁相环是一种基于相位检测和环路控制技术的闭环控制系统。
它通过将输入信号与参考信号进行相位比较，产生一个控制电压，用于调节振荡器的频率和相位，从而使输出信号与参考信号保持同步。
相位检测是电荷泵锁相环的核心组成部分，它通过比较输入信号和反馈信号的相位差，产生一个与相位差成正比的电流或电压。
这个电流或电压作为控制信号输入到环路控制器中，用于调节电荷泵的工作状态。
环路控制器通常由一个运算放大器和一个电荷泵组成。
运算放大器将相位检测器的输出信号进行放大，以产生足够的控制电压。
电荷泵则将控制电压转化为电流，用于调节振荡器的频率和相位。
输出调节部分通常由一个低通滤波器和一个振荡器组成。
低通滤波器用于滤除电荷泵产生的交流分量，只保留直流成分，从而使控制电压能够平滑地调节振荡器的频率和相位。
振荡器则产生最终的输出信号，其频率和相位受控制电压调节。
本文采用文献调研和理论分析相结合的方法，对电荷泵锁相环的相关研究进行了深入的研究。
通过查阅相关文献和专利，了解了电荷泵锁相环的国内外研究现状和发展趋势。
电荷泵锁相环的模型研究和电路设计
电荷泵锁相环的模型研究和电路设计电荷泵锁相环的模型研究和电路设计引言随着现代电子技术的迅猛发展，时钟信号在各类电子设备中扮演着至关重要的角色。
电荷泵锁相环（Charge Pump Phase-Locked Loop，CPPLL）是一种常见的时钟生成和频率合成技术。
它通过控制电荷泵电路中的电荷传输来实现精确的时钟频率控制，广泛应用于通信、计算机等领域。
本文将对电荷泵锁相环的模型研究和电路设计进行详细介绍。
一、电荷泵锁相环的模型研究1. 电荷泵锁相环的基本原理电荷泵锁相环的基本结构由相位比较器、电荷泵、低通滤波器和压控振荡器（Voltage Controlled Oscillator，VCO）组成。
其工作原理可以简单地分为两个阶段：锁定阶段和跟踪阶段。
在锁定阶段，相位比较器将参考信号和反馈信号进行比较，并产生一个误差信号。
电荷泵根据误差信号的大小和极性来控制电荷传输，通过改变电荷泵的输出电荷来调整反馈信号的相位。
低通滤波器将电荷泵的输出信号滤波为直流电压作为VCO的控制信号，进而调整VCO的频率。
在跟踪阶段，VCO输出的频率已经与参考信号的频率非常接近。
相位比较器仅用于微小的频率校正。
这样就能稳定地生成与参考信号频率相同或相近的时钟信号。
2. 电荷泵锁相环的数学模型为了更好地理解电荷泵锁相环的工作原理，我们需要建立其数学模型。
设参考信号的频率为f_r，VCO输出的频率为f_vco，电荷泵的传输系数为K_cp。
根据反馈原理可得到以下关系式：f_r = f_vco + Δf其中Δf为误差频率，表示参考信号与VCO输出频率的差值。
在锁定阶段，Δf较大，电荷泵通过调整电荷传输来减小Δf，即：Δf = -K_cp * V_cpV_cp为电荷泵的输出电压。
在跟踪阶段，Δf较小，所以按照一阶近似可以得到：Δf ≈ -K_cp * V_cp3. 电荷泵锁相环的性能指标电荷泵锁相环的性能指标主要包括相位噪声和锁定时间两个方面。
电荷泵锁相环设计方法研究
(15)
第 1 节中式 (1) , (4)～ (7) , (9) 及本节式
则在图 3 所示V DD = 5 V 条件下的曲线中, 可查得 充放电电流近似为 Ip = 2. 5 mA , 这与实测值一 致[3]. 在 V DD 等于其他值时可查资料中曲线或实测 得出 Ip 值, 然后可用第 1 节的方法设计环路.
( 12)～ (15) 是单端三态电压型电荷泵锁相频率 合成器设计方法 2 的设计公式.
例 1 某 CT 1 无绳电话调频发射机实验样机 采用集成锁相频率合成器M C 145162, f r= 5 kH z;
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Ip = V DD (2R 1) ,
(11)
放电电流- Ip = - V DD (2R 1 ) , 可见 R 1 将三态电
压型电荷泵转换成为三态电流型电荷泵, 则第 1
节所有的公式都适用.
当然, 要保证 PD out 为恒压源, 必须保证内部 M O SFET 饱和导通, 则导通电流应足够小, 可查 得 Ip ≤0. 36 mA , 由此可选择 Ip = 0. 2 mA , 代入 式 (11) 得
式sp e中ci,fiKca0t为ion压s a控nd振t荡he器so压ftw控a灵re敏lib度ra; rNy
s为to环rag路e 总st ru
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式中, Ξr= u re ba sed
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电荷泵锁相环环路滤波器的设计与优化
电荷泵锁相环环路滤波器的设计与优化廉吉庆;陈大勇;翟浩【摘要】环路滤波器是锁相环电路的重要部分,其性能好坏直接决定了电路输出信号的质量.以二阶无源环路滤波器为例介绍了电荷泵锁相环环路滤波器的设计方法,讨论了基于相位裕度和设计参数γ的环路滤波器优化设计,并且给出了仿真结果.结果证明这种环路滤波器设计方法正确,优化方法切实可行.【期刊名称】《时间频率学报》【年(卷),期】2015(000)001【总页数】6页(P38-43)【关键词】环路滤波器;锁相环;电荷泵;相位裕度;参数优化【作者】廉吉庆;陈大勇;翟浩【作者单位】兰州空间技术物理研究所,兰州730000;空间量子频标技术核心专业实验室,兰州730000;真空技术与物理重点实验室,兰州730000;兰州空间技术物理研究所,兰州730000;空间量子频标技术核心专业实验室,兰州730000;真空技术与物理重点实验室,兰州730000;兰州空间技术物理研究所,兰州730000;空间量子频标技术核心专业实验室,兰州730000;真空技术与物理重点实验室,兰州730000【正文语种】中文【中图分类】TN74频率源广泛应用于现代电子设备中，其指标好坏直接影响电子系统的性能，因此频率源被许多人称为电子系统的“心脏”。
常用的频率源有自激振荡源和合成频率源，其中合成频率源使用灵活、控制方便、性能优越，越来越受到人们的重视。
常用的频率合成技术中，锁相环是非常重要的一种，在高速通信、导航定位和航空航天等方面都有应用。
环路滤波器是锁相环的重要组成部分，它连接在鉴相器和压控振荡器之间，起到维持环路稳定性、控制环路带内外噪声、抑制参考边带杂散干扰等重要作用，是锁相环频率合成器设计的关键[1]。
目前已有许多文章对环路滤波器设计方法进行了讨论，但在关于滤波器性能的一些细节优化设计方面，并未深入探讨。
本文在环路滤波器设计基础上，探讨针对环路锁定时间和输出噪声等方面的优化设计，并通过仿真验证优化设计的正确性。
锁相环中低电流失配电荷泵的设计
⑥ ２ ０ ＳｉＴｃ ． ｎ ｎ ． ０ ６ ｃ． ｅｈ Ｅ ｇｇ
锁相环中低电流失配电荷泵的设计
刘 威 陈 杰
（ 国科 学 院 微 电 子 研 究 所 通信 与 多媒 体 Ｓ 实验 室 ， 京 １０ ２ 中 ＯＣ 北 ００ ９）
摘 要 提 出 了一 种 应 用 于 低 供 电电 压 低 相 位 噪 声 锁 相环 系统 的低 电流 失 配 的电 荷 泵 电路 。仿 真 结 果 表 明 ，输 出 电压 ０４Ｖ ． — １ 范 围 内 ， 荷 泵 上 下 电 流 失 配小 于 １ 满 足低 供 电 电压 锁 相 环 系 统 对 电 荷 泵 的 要求 。 ．Ｖ ３ 电 ％， 电路 采 用 中芯 国际 ０１ ｍ 准 数 字 ．８ 标 工 艺 参数 仿 真 。 关 键 词 电荷 泵 电流 失 配 锁 相 环 相 位 噪 声
信 系统 中本 地频 率合 成 器和 信号 时钟 恢复 电路 电
荷 泵 锁 相 环 由 于其 良好 的稳 定 性 和 宽捕 获 范 围 成 为 主流 锁 相 环结 构 ．在集 成 电路 系统 中 有 广 泛 应
馈 环 路 ， 定 条 件 下 ， 足 等 式 （ ） 实 现 了频 率 合 稳 满 １，
高 频率 输 出信 号 ．输 出信 号 经过 分 频器 频 率变 为Ⅳ 分 之一 这个 较低 频率 的信 号在 鉴频 鉴相 器 中与参 考 频率 进 行 频率 比较 和相 位 比较 ． 而控 制 电荷 泵 进
开 关对 环 路 滤 波器 充 电 和放 电 。在 环路 滤 波 器 中 。 电荷泵 的 电流转 化 为 压控 振荡 器 控 制 电压 ． 形成 反
中图法分类号
Ｔ ７ ： 文献 标 识码 Ｎ ４
Ａ
现 代 集成 电路 发展 迅 速 ．基 于Ｃ Ｓ 艺 器 件 ＭＯ 工
电荷泵锁相环的模型研究和电路设计
电荷泵锁相环的模型研究和电路设计电荷泵锁相环的模型研究和电路设计引言电荷泵锁相环（Charge Pump Phase-Locked Loop，简称CPPLL）是一种常见的时钟和数据恢复电路，在通信系统、数字信号处理和时钟同步等领域中得到广泛应用。
CPPLL通过频率合成技术，从输入信号中恢复出稳定的输出时钟信号，以及实现数据的同步。
本文将对CPPLL的模型研究和电路设计进行详细探讨。
一、CPPLL的模型研究1.1 基本原理CPPLL主要由锁相环（Phase-Locked Loop，简称PLL）和电荷泵（Charge Pump，简称CP）两部分组成，其中PLL为反馈控制系统，CP为频率合成电路。
在正常工作状态下，PLL将输入参考信号与VCO输出信号进行比较，通过反馈调整VCO的频率，使其与输入信号保持同步。
CP则将比较器输出的误差信号转换为电荷，供给VCO控制电压，进一步调整频率。
1.2 CP的建模为了实现对CP的性能分析和优化设计，需要建立准确的数学模型。
根据CP的工作原理和电流输送特性，可将CP抽象为阻值为R的电流源、电容为C的电容器以及倍增系数为g的放大器。
由此，CP的数学模型可以表示为：Icp = g(Vref - Vosc)其中，Icp为CP输出电流，Vref为参考电压，Vosc为VCO的控制电压。
1.3 PLL的建模PLL是一个典型的反馈系统，可以通过模型进行性能分析。
通常，PLL的模型分为开环模型和闭环模型。
开环模型将环路中的各个部分分离开来，主要包括VCO、相位检测器（Phase Detector，简称PD）和低通滤波器（LPF）。
闭环模型则将这些部分结合在一起，形成一个完整的反馈系统。
对于频率合成功能，主要关注闭环模型。
在闭环模型中，可以得到PLL的传输函数，进一步分析系统的带宽、稳定性等性能指标。
二、CPPLL的电路设计2.1 VCO设计VCO是CPPLL中至关重要的一部分，其频率范围和调节范围决定了CPPLL的性能。
cmos电荷泵锁相环的研究与设计
cmos电荷泵锁相环的研究与设计CMOS电荷泵锁相环的研究与设计引言现今社会中，电力的使用已经广泛地应用到各个方面。
而在许多电路中，锁相环是重要的模块之一。
因此，在设计和制造芯片的过程中，电荷泵锁相环技术被广泛应用。
本文旨在介绍CMOS电荷泵锁相环的研究与设计，主要包括锁相环的基本原理、电荷泵锁相环的研究现状、电荷泵锁相环的设计等内容。
锁相环的基本原理锁相环主要由相频检测器、环路滤波器、电荷泵和振荡器等部分构成。
其中，振荡器产生基准频率信号，相频检测器将输入信号和基准频率信号相比较后，得到误差电压，环路滤波器对误差电压做滤波处理，以便不影响锁相环的稳定性。
电荷泵会将被滤波后的误差电压转化为电荷，并把电荷积累到电容上，从而驱动振荡器输出更加稳定的频率信号。
电荷泵锁相环的研究现状电荷泵锁相环的研究已有多年的历史。
早期的电荷泵锁相环由于技术限制，主要是使用单个电容和多个开关直接控制电荷的流动。
但随着半导体技术的发展，越来越多的新型电荷泵锁相环被设计出来了。
目前，一种新型的CMOS电荷泵锁相环被广泛研究和应用。
这种锁相环的电荷泵采用了高速CMOS技术，能够在较短的时间内将电荷从一个电容传输到另一个电容，并在电容之间产生间歇性的开关，使电荷积累在电容上。
相比之前的电荷泵锁相环，这种新型的锁相环不仅耗电量更低，也能更好地适应不同的频率。
电荷泵锁相环的设计在进行电荷泵锁相环的设计时，需要考虑多个因素。
首先是相频检测器的设计。
一种常见的设计是利用多相相频检测器，可以提高锁相环的稳定性和精度。
其次是环路滤波器的设计，主要是用于减小误差电压的波动，减轻电荷泵的负载，使系统更加稳定。
另外，电荷泵的设计也很重要。
在设计电荷泵时，需要考虑它的时间响应、电容的大小和电荷的传输效率等因素。
总体而言，电荷泵应该能够在最短的时间内将电荷传输到电容上，并且能够保证传输的电荷量不大不小，以免影响锁相环的稳定性。
结论锁相环是一个重要的电路模块，在很多应用中都扮演着重要的角色。
锁相环中电荷泵的分析与设计
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