DVB-T/H调谐器中鉴频鉴相器和电荷泵的设计

摘　要：采用SMIC 0.13?m CMOS工艺，设计了一种低功耗的鉴频鉴相器和电荷泵电路。其中电荷泵采用与电源电压无关的基准电流源电路，引入运算放大器和共源共栅电流镜电路，实现了电荷泵充放电电流的高度匹配。后仿真结果表明，在1.2V电源电压下，电荷泵的输出电压在[0.18，1.12] V范围内时，CP的充放电电流为100μA，电流失配率为0.08%。鉴频鉴相器和电荷泵电路的总功耗为1.4mW。

关键词：锁相环；鉴频鉴相器；电荷泵；电流匹配
1 引言
　　随着集成电路设计技术的实用技术突破，数字电视技术逐渐成熟并普及，DVB-T（Digital Video Broadcasting-Terrestrial），作为一种将数字电视技术和移动设备相结合的国际标准，已经被提出并且得到了一定的发展。随后，人们又提出了一种DVB-H（Digital Video Broadcasting Handheld）的制式专门用于移动接收，利用手机、电脑等便携设备，随时随地收看数字电视已经成为当今世界的潮流。数字电视调谐器专用芯片的集成度越来越高，全集成锁相环（PLL，Phase locked-loop）被广泛应用在数字电视调谐器芯片中，电荷泵PLL是当今最流行的锁相环结构，具有捕获频率范围宽，锁定时相位误差小等优点，被广泛应用于现代通信和射频领域中。鉴频鉴相器和电荷泵作为锁相环电路的关键模块，其设计已成为研究热点。
　　本文采用SMIC 0.13?m CMOS工艺，设计了一种结构简单且低功耗的鉴频鉴相器电路和充放电电流高度匹配的电荷泵电路。
2 电荷泵锁相环的基本原理
　　电荷泵锁相环由五部分组成：鉴频鉴相器（PFD）、电荷泵（CP）、低通滤波器（LPF）、压控振荡器（VCO）和分频器（Divider），如图1所示。PFD对参考信号和PLL分频信号进行鉴频和鉴相，并输出信号控制电荷泵充、放电脉冲电流，CP把PFD输出的数字信号转化为脉冲电流，LPF对CP提供的电流脉冲积分，产生对VCO的控制电压，从而构成反馈回路。



    图1 电荷泵锁相环原理图
　　当输入信号的频率fref与VCO的输出信号频率fout相差很大时，PFD起鉴频的作用，产生一个与ωin－ωout成正比的直流电压分量，通过CP和LPF加到VCO的控制端，使VCO输出信号频率迅速接近fref。当频率差减到足够小时，相位锁定功能开始工作，这时PFD相当于鉴相器，使环路锁定。电荷泵锁相环是当今最流行的锁相环结构，具有捕获范围宽，锁定时相位误差小的优点。
3 鉴频鉴相器电路设计
　　边沿触发式PFD在 Phillip E. Allen, Douglas R. Holberg著，冯军，李智群译。CMOS模拟集成电路设计。电子工业出版社，2005年3月 本文链接：http://www.qk112.com/lwfw/jsjlw/yydzjs/233067.html