深亚微米CMOS全数字频率合成器 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[美] Rober，Bogdan，Staszewski 著，彭刚 译

图书标签:

• CMOS频率合成器
• 全数字频率合成器
• 亚微米电路
• 射频集成电路
• 频率合成
• 数字电路
• 模拟电路
• 集成电路设计
• 低功耗设计
• 芯片设计

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030480255

版次：01

商品编码：12085339

包装：平装

丛书名： 微电子实用技术丛书

开本：32开

出版时间：2017-05-01

页数：256

正文语种：中文

内容简介

介绍了锁相环与频率合成器电路的分析方法、电路结构、工作原理等相关知识，以及采用锁相环与频率合成器集成电路构成的锁相环(PLL)、压控振荡器(VCO)、前置分频器、直接数字频率合成器(DDS)和时钟发生器电路实例的主要技术性能、引脚端封装形式、内部结构、工作原理、电原理图、印制电路板图和元器件参数等内容，频率范围从零至几吉赫兹，其电原理图、印制电路板圈和元器件参数等可以直接在工程设计中应用，可供相关专业师生阅读，也可供工程技术人员参考

目录

第1章 概述
1.1 频率合成
1.2 频率合成器作为RF收发器整体的部分
1.3 移动通信的频率合成器
1.4 RF合成器实现

第2章 数控振荡器
2.1 深亚微米CMOS工艺中的变容二极管
2.2 振荡频率全数控
2.3 ￡C谐振腔振荡器
2.4 振荡器核心
2.5 开环窄带数字／频率转换
2.6 实现案例
2.7 DCO的时域数学模型
2.8 总结

第3章 归一化DCO
3.1 振荡器传递函数和增益
3.2 DCO增益评价
3.3 DCO增益归一化
3.4 同步优化DCO输入调谐字的重定时原理
3.5 DCO调谐输入的时间抖动
3.6 PVT的实现和获取DCO位
3.7 追踪DCO位的实现
3.8 时域模型
3.9 小结

第4章 全数字锁相环
4.1 相域运算
4.2 重组时钟
4.3 鉴相器
4.4 参考相位和可变相位的模运算
4.5 时间数字转换器
4.6 相对误差估计
4.7 使用DCO时钟进行参考频率重定时
4.8 环路增益因子
4.9 相域ADPLL结构
4.10 PLL频率响应
4.11 噪声和故障源
4.12 II型ADPLL
4.13 高阶ADPLL
4.14 ADPLL的非线性差分项
4.15 使用PLL预估DCO增益
4.16 PLL增益的换挡
4.17 沿跳变抖动方案（选项）
4.18 总结

第5章 基于全数字锁相环的发射机
5.1 DCO直接频率调制
5.2 即时DCO增益计算
5.3 GFSK脉冲整形
5.4 功率放大器
5.5 数字调幅
5.6 展望未来：极坐标发射机
5.7 总结

第6章 行为建模与仿真
6.1 仿真方法
6.2 数字模块
6.3 支持数字流处理
6.4 随机数发生器
6.5 DCO相位噪声时域建模
6.6 建模中的亚稳态触发器
6.7 仿真结果
6.8 总结

第7章 实现与实验结果
7.1 DSP及其RF的DRP接口
7.2 发射器核心实现
7.3 IC芯片
7.4 评估板
7.5 测量器件
7.6 GFSK发射器性能
7.7 合成器性能
7.8 合成器开关瞬态
7.9 DSP驱动调制
7.10 性能总结
7.11 总结
附录A
A.1 DCO切换引起的杂散
A.2 DCO调制引起的杂散
附录B
B.1 高斯脉冲整形滤波器
附录C
C.1 DCO LEVEL2
C.2 周期控制振荡器
C.3 战术触发器
C.4 TDC伪测温仪输出解码器
参考文献

深亚微米CMOS全数字频率合成器 引言 频率合成器是现代电子系统中不可或缺的关键组件，广泛应用于通信、雷达、仪器仪表、导航以及消费电子等诸多领域。其核心功能是将一个稳定的参考频率信号，通过一系列信号处理和控制过程，生成出具有精确频率、低相位噪声和高频率分辨率的目标输出频率。随着信息技术的飞速发展，对频率合成器的性能要求也日益提高，例如更高的频率范围、更快的频率切换速度、更低的功耗以及更高的集成度。 传统上，频率合成器主要依赖于压控振荡器（VCO）和锁相环（PLL）技术，这些模拟电路在设计和制造上存在一定的局限性，尤其是在深亚微米CMOS工艺下，器件的非线性效应、寄生参数以及工艺偏差等问题对模拟电路的性能产生了显著影响。为了克服这些挑战，一种新型的频率合成器架构——全数字频率合成器（ADF）应运而生，并逐渐成为研究和开发的热点。 全数字频率合成器（ADF）的概念与优势 全数字频率合成器（ADF）的核心思想在于将传统PLL中的模拟核心组件，如压控振荡器（VCO）、电荷泵（CP）、低通滤波器（LPF）以及鉴相器（PD）等，通过数字电路和算法进行等效或替代。这种架构的转变带来了多方面的优势： 工艺无关性增强： 相较于模拟电路对工艺参数的敏感性，数字电路的设计和性能受工艺变化的影响较小。在深亚微米CMOS工艺下，数字电路的缩放效应更为显著，能够更有效地利用先进工艺的优势，实现更高的集成度和更低的功耗。 高频率分辨率和灵活性： 数字小数分频器的引入，使得ADF能够实现任意频率分辨率，突破了传统整数分频器的限制。同时，通过软件控制，ADF的频率设置可以极其灵活，轻松实现多频点工作和频率微调，满足复杂通信系统的需求。 易于设计与验证： 数字电路的设计流程成熟，工具链丰富，并且更容易进行仿真验证，大大缩短了设计周期，降低了开发成本。 对噪声和干扰的鲁棒性： 数字电路在信号传输和处理过程中，其抗噪声和干扰能力通常优于模拟电路，这对于在复杂电磁环境中工作的电子设备尤为重要。 低功耗潜力： 通过精细的数字电路设计和功耗管理技术，ADF有望实现比传统模拟PLL更低的功耗，这对于便携式设备和物联网应用至关重要。 深亚微米CMOS工艺下的挑战与机遇 深亚微米CMOS工艺（通常指90nm及以下工艺节点）为集成电路设计带来了前所未有的机遇，但同时也带来了严峻的挑战，尤其是在射频和混合信号领域。 器件性能的权衡： 随着特征尺寸的缩小，晶体管的跨导（gm）和增益（gmRds）可能会下降，导致跨导-电流（gm/ID）比降低，在需要高增益的模拟模块中构成挑战。同时，短沟道效应、漏电流增加、阈值电压波动等问题，都会影响模拟电路的精度和稳定性。 寄生效应的增强： 互连线电阻和电容的增加，以及工艺引入的各种寄生效应，会显著影响信号的完整性和电路的性能。 电源和地噪声的耦合： 在高密度的数字电路和模拟电路混合集成时，数字电路产生的噪声更容易通过电源和地耦合到敏感的模拟电路中，影响其性能。 设计和布局的复杂性： 深亚微米工艺对版图设计和布局布线的要求极高，需要更精细的优化以减小寄生效应，并保证电路的可靠性。 然而，深亚微米CMOS工艺也为ADF的设计提供了巨大的优势： 更高的集成度： 能够将更多的数字逻辑和控制单元集成到同一芯片上，实现更复杂的频率合成器功能。 更快的速度： 数字电路的运行速度随着工艺节点的进步而提升，能够支持更高频率的输出和更快的频率切换。 更低的功耗： 相较于同等性能的模拟电路，数字电路在深亚微米工艺下通常能实现更低的功耗。 更低的成本： 随着晶圆厂的规模化生产，深亚微米工艺的制造成本也在逐步下降，使得高性能集成电路的普及成为可能。 全数字频率合成器的关键技术模块 一个典型的全数字频率合成器通常包含以下几个关键模块： 1. 数字压控振荡器（DCO）： DCO是ADF的核心，它替代了传统PLL中的VCO。DCO通常由一个可调谐振荡器（例如，基于延迟线的振荡器、环形振荡器、LC振荡器等）以及一个数字控制逻辑组成。数字控制逻辑根据输入的控制字来调整振荡器的频率。在深亚微米CMOS工艺下，需要精心设计DCO的结构，以保证其频率稳定性、调谐范围以及相位噪声性能。例如，可以通过控制延迟单元的数目、宽度，或者开关容量等来改变振荡器的频率。 2. 数字鉴相器（DPD）： DPD是ADF中用于检测参考频率和反馈频率之间相位误差的模块。与传统的模拟鉴相器不同，DPD采用数字逻辑实现。常见的DPD结构包括： 电荷泵型DPD（Digital Charge Pump）： 通过数字逻辑控制电流源的开关，生成与相位误差成比例的数字“电荷”信号。 多相移检测器（Multiphas e Detector）： 利用相位差来控制不同相位信号的输出，通过统计或逻辑运算来判断相位关系。 基于事件的DPD： 监测参考时钟和反馈时钟的上升沿或下降沿，计算事件之间的间隔，从而推断相位误差。 在深亚微米CMOS工艺下，DPD的设计需要考虑时序的精确性，以减小量化噪声和提高锁定精度。 3. 数字滤波器（DF）： DF在ADF中扮演着低通滤波器（LPF）的角色，用于滤除DPD产生的量化噪声和高频分量，并为DCO提供平滑的控制信号。DF通常采用IIR（无限脉冲响应）或FIR（有限脉冲响应）滤波器结构，并通过数字逻辑实现。在深亚微米CMOS工艺下，DF的实现需要考虑运算速度、资源消耗和精度。通过选择合适的滤波器结构和系数，可以有效地平衡相位噪声、瞬态响应和功耗。 4. 数字分频器（Divider）： 分频器是频率合成器中必不可少的一部分，用于将DCO输出的高频信号分频后反馈给DPD。ADF通常采用两种类型分频器： 整数分频器（Integer Divider）： 例如，标准除以M的计数器，可以将输出频率降低M倍。 小数分频器（Fractional-N Divider）： 这是ADF实现高频率分辨率的关键。小数分频器通过在一段时间内动态地改变分频比，实现非整数的分频。常见的技术包括Sigma-Delta小数分频器，它利用Sigma-Delta调制器生成小数分频序列，从而实现高精度的频率合成。在深亚微米CMOS工艺下，小数分频器的设计需要非常精巧的时序控制和高速逻辑电路，以支持大范围的分频比和高频率输出。 5. 数字控制单元（Digital Control Unit）： 数字控制单元负责接收用户设定的目标频率，并根据频率合成算法，生成DCO的控制字、DPD的增益控制以及小数分频器的分频序列。它通常包含一个微控制器（MCU）或专用的数字逻辑，负责整个频率合成器的操作和管理。 在深亚微米CMOS工艺下的设计考虑 在设计适用于深亚微米CMOS工艺的ADF时，需要特别关注以下几个方面： 低功耗设计： 充分利用深亚微米工艺的低功耗特性，采用时钟门控、电源门控、低功耗逻辑单元等技术，最大程度地降低功耗。 噪声抑制： 仔细进行电源和地网络的规划，采用去耦电容，并对模拟和数字部分进行隔离，以减小噪声耦合。DCO的噪声性能是ADF的关键，需要通过精细的电路设计和版图优化来降低相位噪声。 时序约束和验证： 在深亚微米工艺下，时序是至关重要的。需要进行严格的时序分析和仿真，确保所有数字逻辑都能在时钟周期内完成，并满足设计要求。 版图设计和寄生效应处理： 版图设计对于ADF的性能至关重要。需要充分考虑互连线电阻和电容的影响，并进行优化。例如，在DCO的设计中，需要精心布局振荡器的关键组件，以减小噪声和寄生效应。 工艺偏差和建模： 需要建立准确的工艺模型，并考虑工艺偏差对电路性能的影响，通过设计裕量和自适应控制技术来提高ADF的鲁棒性。 应用前景 全数字频率合成器在深亚微米CMOS工艺下的发展，为下一代电子系统的创新提供了强大的技术支撑。其在以下领域的应用前景尤为广阔： 5G/6G通信： 高度集成的ADF可以满足5G/6G通信系统对多频段、宽带宽、低功耗和快速频率切换的需求。 高性能雷达系统： ADF能够实现高精度、高分辨率的频率控制，适用于先进的雷达信号处理。 软件定义无线电（SDR）： ADF的灵活性和可编程性使其成为SDR系统的理想选择，可以轻松地在软件层面实现频率的动态调整。 物联网（IoT）设备： 低功耗和高集成度的ADF有助于延长IoT设备的电池寿命，并减小其尺寸。 汽车电子： ADF在车载通信、导航和ADAS（高级驾驶辅助系统）中扮演着越来越重要的角色。 结论 深亚微米CMOS工艺为全数字频率合成器（ADF）的发展提供了肥沃的土壤。通过充分发挥数字电路在先进工艺下的优势，并有效应对半导体制造过程中带来的挑战，ADF能够实现比传统模拟PLL更高的性能、更高的集成度、更低的功耗和更强的灵活性。随着技术的不断进步，ADF必将成为未来电子系统中不可或缺的关键技术，推动通信、计算、传感等各个领域的创新和发展。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计倒是挺吸引人的，那种金属质感和深邃的蓝色调，让人感觉很有科技感。我平时对电子工程这一块涉猎不深，但看到这个标题，"深亚微米CMOS全数字频率合成器"，就觉得这一定是一本内容非常硬核的书。我脑海里立刻浮现出那些精密的集成电路图，以及在微观世界里，电子信号是如何被巧妙地控制和转换的。我很好奇，作者是如何将如此复杂的技术，用一种相对易懂的方式呈现出来的。毕竟，"全数字"这个词，就暗示着一种摆脱了传统模拟电路的束缚，走向更精确、更可控的未来。我猜测书中应该会涉及到数字信号处理、锁相环（PLL）的理论基础，以及在深亚微米工艺下，如何克服噪声、功耗和性能的挑战。这本书会不会提供一些实际的案例分析，比如在通信系统、雷达系统或者高性能计算领域，这些全数字频率合成器是如何发挥作用的？我很期待能够从中了解到最新的技术趋势和前沿的研究成果。

评分☆☆☆☆☆

我一直对那些能够“化零为整”的科技产品充满好奇，而频率合成器无疑是其中一个绝佳的例子。这本书的标题《深亚微米CMOS全数字频率合成器》恰恰点燃了我这种好奇心。我猜测，在“深亚微米CMOS”这个关键词背后，隐藏着现代集成电路工艺的极限挑战，以及如何在如此微小的尺度上实现高效的信号生成。而“全数字”则更是让我眼前一亮，这意味着摆脱了传统模拟电路中复杂的电感、电容和压控振荡器，转而完全依靠数字逻辑来实现频率的可编程和高精度控制。我猜想，书中会详细阐述全数字频率合成器的设计原理，可能涉及DDFS（Direct Digital Frequency Synthesizer）的核心算法，如CORDIC算法在相位累加器中的应用，以及如何通过数字滤波器来抑制杂散信号和提高输出信号的纯净度。我也好奇，在“深亚微米”的制程下，如何解决功耗和噪声问题，毕竟数字电路在高频下往往伴随着巨大的功耗和潜在的噪声干扰。这本书是否会提供一些实际的设计流程和验证方法？比如，针对特定应用场景，如何权衡性能、功耗和面积？

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计，那种深邃的蓝与科技感的线条交织，立刻吸引了我。我本身并非电子工程领域的专家，但“深亚微米CMOS全数字频率合成器”这样的标题，在我听来，就如同开启了一扇通往未来通信世界的大门。我猜想，这本书的核心内容，必然是围绕着如何利用当前最尖端的CMOS半导体工艺，构建一个完全由数字逻辑控制的频率合成系统。这其中，“深亚微米”意味着极其精密的制造技术，能够容纳下无数微小的元器件，从而实现更高的集成度和更低的功耗。而“全数字”，在我看来，代表了一种技术上的飞跃，它将原本依赖于模拟元件的复杂频率生成过程，转化为了由算法驱动的数字信号处理。我猜测书中会详细讲解全数字频率合成器的基本原理，比如DDFS（Direct Digital Frequency Synthesizer）的工作方式，包括相位累加器、查找表（LUT）和数模转换器（DAC）的作用。同时，我也期待书中能探讨如何在数字领域解决传统模拟频率合成器面临的噪声、漂移和稳定性问题，以及在深亚微米工艺下，如何优化设计以实现更高的频率分辨率、更低的杂散和更快的锁相速度。

评分☆☆☆☆☆

我拿到这本书的时候，就迫不及待地翻开。虽然我并非该领域的专业人士，但我对其中蕴含的深厚知识感到由衷的敬佩。这本书的标题直击核心——“深亚微米CMOS全数字频率合成器”，这让我联想到的是当前半导体技术的最前沿，是那些在芯片上实现令人惊叹功能的微小奇迹。我猜测书中必然会深入探讨CMOS工艺在微米及亚微米级别的演进，以及它如何为全数字频率合成器提供了实现的基础。更重要的是，“全数字”这个概念，在我看来，代表了一种革命性的设计理念，它意味着将原本依赖于模拟器件的频率合成过程，完全转化为数字逻辑的运算和控制。这其中涉及到复杂的算法、高效的数字信号处理技术，以及如何克服数字噪声对频率精度带来的影响。我脑海中勾勒出一幅画面：无数个晶体管在芯片上协同工作，精确地生成着需要的射频信号。这本书是否会详细解析数字频率合成器的架构？比如，它会介绍基于DDFS（直接数字频率合成器）还是其他创新性的全数字PLL设计？我希望它能提供一些图示和数学模型，来帮助我理解这些抽象的概念。

评分☆☆☆☆☆

这本书的标题《深亚微米CMOS全数字频率合成器》让我对其中蕴含的技术深度产生了极大的兴趣。我脑海里immediately浮现出的是那些在现代通信、雷达和测试测量设备中至关重要的频率生成模块。我猜想，这本书一定会深入探讨“深亚微米CMOS”这一先进工艺节点下的设计挑战，比如如何在微小的芯片面积上实现高性能的数字逻辑，同时控制功耗和散热。而“全数字”频率合成器，在我看来，是模拟频率合成器的一种革命性的替代方案，它意味着完全摆脱了传统的LC振荡器、PLL环路滤波器等模拟组件，而是通过数字算法和数字信号处理技术来精确地生成所需的射频信号。我猜测书中会详细介绍全数字频率合成器的核心架构，例如DDFS（Direct Digital Frequency Synthesizer）是如何工作的，包括其相位累加器、查找表（LUT）以及数模转换器（DAC）的原理和设计。同时，我也好奇书中是否会涉及一些先进的全数字PLL（Phase-Locked Loop）技术，比如如何通过数字滤波器和数字控制器来代替传统的模拟环路滤波器和电荷泵，从而实现更高的精度和更强的灵活性。