Высокочастотные широкополосные КМОП сложно-функциональные блоки синтезаторов частот

• Автор: Дубинский, Алексей Васильевич
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 175 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Список сокращении.

Список обозначенийб

Введение

Глава 1. Анализ характеристик современных устройств ФАПЧ, методов и средств их

проектирования.

1.1 Области применения СЧ на основе ФАПЧ

1.2. Анализ характеристик.

1.2.1. Характеристики быстродействия

1.2.2. Характеристики качества синтезируемого сигнала.

1.3. Классификация устройств ФАПЧСЧ

1.3.1. Целочисленные синтезаторы частот.
1.3.2. Дробные синтезаторы частот.
1.4. Современный уровень разработок устройств ФАПЧ
1.5. Методы и средства проектирования.
1.5.1. Методы моделирования ФАПЧ
1.5.3. Расчет шумов ФАПЧ в САПР.
Глава 2. Анализ способов улучшения основных характеристик блоков в составе аналоговой части СЧ
2.1. Составляющие погрешностей и способы их уменьшения
2.2. Технические усовершенствования ФАПЧСЧ.
2.2.1. Анализ патентов в области разработок блоков ФАПЧСЧ
2.3. Импульсный частотнофазовый детектор с регулируемым токовым выходом
2.3.1. Определение граничной рабочей частоты ЧФД
2.3.2. Анализ структур зарядноразрядного блока и улучшение его характеристик в составе ФАПЧ
2.3.3. Компромиссы и способы их достижения при проектировании ЧФД.
2.4. Предварительный делитель частоты. Анализ способов реализации.
2.4.1. Анализ способов построения ПДЧ на структурном уровне.
2.4.2. Проектирование ПДЧ на схемотехническом уровне
2.4.3. Метод оптимизации дифференциальных каскадов. Методика проектирования широкополосного ПДЧ.
Глава 3. Высокоуровневые модели СЧ. Методика проектирования СВИС ФАПЧ
3.1. Обобщенные модели ФАПЧСЧ
3.1.1. Модель СЧ в частотной области
3.1.2. Поведенческая модель СЧ во временной области.
3.1.3. Моделирование синтезаторов частот с использованием табличной макромодели частотнофазового детектора
3.2. Методика проектирования СБИС ФАПЧИЗ
3.2.2. Учет влияния паразитных параметров кристалла и корпуса на характеристики СЧ.
Выводы.
Глава 4. Разработанные устройства СЧ и результаты их экспериментальных испытаний
4.1. Требования к ФАПЧ. Структурная схема СЧ.
4.2. Частотнофазовый детектор, зарядноразрядный блок. Источник опорного тока
4.3. Реализация встроенных средств для тестирования ФАПЧ. Индикатор фазового рассогласования.
4.4. Топологическая реализация. Конструктивные особенности
4.5. Результаты испытаний изготовленных образцов СЧ
Заключение
Список литературы


На основе предложенных методик и моделей разработаны высокочастотные широкополосные СФ-блоки целочисленных и дробных синтезаторов частот с диапазоном рабочих частот до 5 ГГц (при чувствительности до 0 дБм), которые не имеют КМОП аналогов среди зарубежных микросхем и СФ-блоков, изготовленных по субмикронным технологиям с проектными нормами 0, мкм и более. Предложено уточнение определения граничной рабочей частоты частотнофазового детектора с токовым выходом, позволяющее более корректно проводить расчет основных характеристик СЧ. В базе данных САПР Cadence создан набор библиотечных элементов, предназначенный для использования в целочисленных и дробных СЧ. Разработаны модели и методики расчета технических характеристик ФАПЧ, которые могут быть использованы для повторного проектирования синтезаторов частот в рамках других проектно-технологических норм. Результаты диссертации внедрены в ГУП НПЦ «ЭЛВИС» при разработке СБИС ФАЛЧ для синтезаторов частот, что подтверждается соответствующим актом о внедрении. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений. В первой главе произведена классификация устройства ФАПЧ по различным признакам. Проведен анализ характеристик выпускаемых микросхем ФАПЧ, а также, отдельно, микросхем, изготовленных по объемным КМОП технологиям. Рассмотрены методы и средства проектирования ФАПЧ-СЧ. На основе анализа полученной информации уточнены и конкретизированы задачи, которые требуют дальнейшего исследования и решения. Во второй главе представлен анализ способов улучшения основных технических характеристик аналоговых блоков в составе СЧ на основе научных публикаций по теме ФАПЧ-СЧ, а также доступной информации из патентной базы. Проведен анализ составляющих погрешностей ФАПЧ-СЧ. Установлена количественная связь между параметрами технологии изготовления СБИС и основными параметрами разрабатываемого ФАПЧ. Предложено уточненное определение граничной рабочей частоты блока ЧФД с учетом инерционности ЗРБ. Проведен анализ вариантов реализации на схемотехническом и структурном уровне ПДЧ, пригодных для построения широкополосных ФАПЧ-СЧ. В результате предложена методика проектирования широкополосного делителя частоты. В третьей главе разработаны обобщенные модели расчета основных технических характеристик ФАПЧ и поведенческого моделирования ФАПЧ во временной области. Для решения задачи анализа влияния переходных процессов ЧФД на джиттер ФАПЧ разработана методика моделирования СЧ на основе поведенческой и табличной макромодели ЧФД с токовым выходом. Даны рекомендации по использованию различных схем ЧФД в СЧ разных классов (целочисленных и дробных). Проведен анализ влияния паразитных параметров кристалла и корпуса на характеристики синтезатора частот, предложена методика проектирования СБИС ФАПЧ. В четвертой главе приведены схемы основных блоков, входящих в состав СЧ, а также результаты моделирования блоков. Представлены результаты экспериментальных испытаний разработанных устройств ФАПЧ, произведено сравнение по основным характеристикам изготовленных ФАПЧ с ближайшим аналогом. Основные результаты работы были доложены на научно-технических конференциях «Электроника, микро- и наноэлектроника», проходивших в Костроме в году, в Нижнем Новгороде в году, в Вологде в году, в Гатчине в году, Пушкинских Горах в году и в Петрозаводске в году, а также на конференциях «Научная сессия МИФИ», проведенных в -м, -м, -м, -м, -м, -м гг. Основные результаты диссертации опубликованы в -ти работах (три из них с соавторами) в период с по гг. ВАК России. Результаты диссертации нашли отражение в научно-технических отчетах в рамках ОКР по теме «Разработка СБИС типа «система на кристалле» схемы ФАПЧ для синтезаторов частот, используемых в радиолокационных и связных комплексах различного назначения и базирования». Результаты диссертации могут быть использовании при проектировании СЧ на основе ФАПЧ, предназначенных для автоматизированных систем управления с использованием беспроводной связи, а также систем синхронизации данных в вычислительной технике.