分频器设计_可控型

现代科技的发展对信号源提出了越来越高的要求，要求信号源的频带宽、频率分辨率高、频率稳定度高、相位噪声和杂散很低、能程控等.频率合成技术是产生大量高精度频率信号的主要技术，频率合成器是一种相位锁定装置，是通讯、雷达、仪器仪表、高速计算机和导航设备中的一个重要组成部分。频率合成器是可由一个工作范围在G地范围的锁相环构成.在高频范围内工作的锁相环是整个系统中功耗最大的部分之一，因此对锁相环的低功耗研究对降低整个系统的功率损耗有着重要的意义.分数分频频率合成器则是近年来出现的一种新技术，它与传统的整数分频频率合成器相比具有频率分辨率高、相位噪声低等优点。前置分频器位于高频锁相环的反馈部分.由于工作频率很高，前置分频器也是锁相环中功耗最大的部分之一。低功耗的前置分频器设计可以很大程度上降低整个锁相环的功率损耗.

目录

摘要 ................................................................................................................ 错误！未定义书签。Abstract ........................................................................................................... 错误！未定义书签。目录 .. (1)

引言 (1)

一、分频器设计 (2)

1.1、分频器的系统介绍 (2)

1.2、前置放大器的设计 (3)

二、前置分频器单元结构 (3)

2.1、TSPC结构 (3)

2.2、传统结构 (4)

2.3、转换器 (5)

三、小数分频器中预分频器的设计 (5)

3.1、小数分频器相位杂散的分析 (5)

3.2、可编程预分频器结构 (6)

结论 (6)

参考文献 (8)

引言

所谓频率合成，又称频率综合，简称频综，是由一个(或几个)具有低相位噪

声、高精度和高稳定度等综合指标的参考频率源经过电路上的混频、倍频或分频等信号处理，以便对其进行数学意义上的加、减、乘、除等四则运算，从而最终产生大量具有同样精确度与稳定度的频率源。频率合成技术起源于二十世纪三十年代，至今已有近七十年的历史。现代电子技术中常常要求高精确度、高稳定度的频率，一般都用晶体振荡器。但是，晶体振荡器的频率单一，不能在很宽的频率范围内提供大量稳定的频率点，而且高频晶体振荡器价格十分昂贵，使得生产成本大幅提高。因此在现代电子技术中，人们往往采用频率合成的方法得到高精确度、高稳定度的参考频率源。可见PLL频率合成器基本上比另两种合成器的速度慢，如果要变频率就要改变除法分子N，这将导致VCO的控制电压缓慢的变化来达到环路所需的稳态，环路滤波器和参考频率在这个过程中起着重要作用，只有当环路滤波器的带宽很大的时候才能实现快速的频率变化。由于滤波器带宽一般是参考频率的十分之一，而且噪声也决定着环路的特性指标，因此，PLL 频率合成器的频率响应要比另两种合成器要慢。基于锁相环结构的频率合成器一般有几种结构:整数一N结构lzl，劝多环路结构及分数结构。整数一N结构是指其反馈回路中的频率除法器的除数是整数，它的结构较简单但频率分辨率不高，因为其频率输出变化的步长等于参考频率。双/多环路结构是采用两个或多个锁相环来实现频率合成，其中一个实现一个固定的高频，其它的变化的频率输出则可在低频下实现，最后由一个频率加法器进行合成。这样设计可相对简单但占用较大芯片面积，功耗也会增加，而最后的频率加法器，通常用混频器实现的非线性会产生各种谐波及相位噪声，分数N结构目前应用较多，其频率分辨率较高，它的一个主要问题是带宽较窄。

一、分频器设计

1.1、分频器的系统介绍

频率合成器中，当输入的信号的频率很高，不可能用一个完全可编程的分频器来实现所需的分频数时，可以使用一个高速的，有固定分频数的Prescafe:来进行预分频，以降低信号的频率。但也有缺点，对于一个给定的频率间隔，则要求参考频率很低，如果预分频的分频系数为NP，则最少的输出改变频率为。为了

实现频率倍增，在锁相环反馈回路中往往加入一个分频器，把输出频率分频后与输入参考频率比较.从VCO输出的频率在进入分频器中间设计了一个Preamp(前置放大器)。从VCO出来的信号，是一个幅度低，易受噪声干扰的单端信号，在输入分频器前要对其进行处理。为了使锁相环能够有宽的电源输入范围，我们加入了Regulato叹电压调整器)结构，而且能很好的抑制电源噪声，保证差分输出的对称性，在通过两个2分频，送入Prescale:中，其中Prescaler通过Mode来控制是吻还是NP+1分频。

1.2、前置放大器的设计

从VCO出来的信号，是一个幅度低，易受噪声干扰的单端信号，在输入分频器前要对其进行处理，则需要设计了一个前置放大器，并且为了使锁相环能够有宽的电源输入范围，因而加入了LDO(低压差线性稳压御结构，而且能很好的抑制电源噪声，保证差分输出的对称性。

为了保证输出的幅度和增益，可以调节上面的电阻和下面管子的宽长比。为了得到好的噪声和较高的增益，则需要采用几级的差分结构.本设计采用三级的差分结构，后面两级采用图(3一5)的结构，能很好的满足噪声抑制和增益的要求。在实际应用中，由于客户需要宽的电源电压输入范围，为了满足这个要求，在前置放大器中加入一个regulator，刚开始加入一个降压的电路，但是限制了在电源电压的低压应用范围。

二、前置分频器单元结构

2.1、TSPC结构

第一个单相位时钟结构设计1201规则起源于八十年代末期，称为它最早用于对片上时钟传送结构的简化。由于真正的单相位结构，减少了晶体管的个数。在更高的频率上可以采用简化的设计。九十年代以来，，SC被更广泛的采用。它的结构也在不断改进。于是出现了相关的设计规则也日趋完善。但是它也有着自身的缺点:总的来说这种结构还是类似数字的结构。在上面工作的信号需要类似