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姓名：黃俊瑋 (CHUN-WEI,HUANG)

Department of Electronics Engineering, Kun-Shan University

鎖相迴路

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目錄一、學術研究二、論文發表三、研究流程、模擬、量測結果四、結 論

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三、研究流程搜集資料與電路分析

振盪電路模擬( 仿製實體 IC)

晶片下線 發表論文

實體量測

專題題目：以 CMOS 主動負載差動放大器之壓控振盪器實現鎖相迴路指導教授：蔡澈雄 教授

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3-1 CMOS 主動負載差動放大器之振盪器

CMOS - VCO 之電路圖

動作原理（簡化圖）

5

產生振盪

狀態 1 狀態 2狀態 3 狀態 4

V+ V- Vo

狀態1

H H L

狀態2

L L H

狀態3

H L H

狀態4

L H L

差動放大器

V+

V+

V-

V-INV1 INV2

Vo+

_

狀態 1 狀態 3H

H

L H L

H

L

狀態 2 狀態 4L

L

H L H

H

L 動作狀態表

HL

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電壓 - 頻率曲線圖

使用 Grapher3 軟體做圖

FF:Vctrl 0.7-1.6V f = 4952MHz

TT:Vctrl 0.7-1.8V f = 3831MHz

SS:Vctrl 0.7V-1.8V

f = 2985MHz

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模擬

模擬波形圖

電壓為 1.8V ，頻率為3.747GHz

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3-2 將 VCO 結合到鎖相迴路(PLL) 目的：為了使 VCO 廣泛應用，所以將 VCO 電路結合到

鎖相迴路，使整個專題研究能夠更完整。 電路架構：一般鎖相電路的架構可分為五部分：相位頻率偵測器（ PFD ）、充電幫浦（ CP ）、迴路濾波器（ LPF ）、電壓控制振盪器（ VCO ）、和除頻器 (FD) 。

PFD CP LPF

FD

PLL 電路方塊圖

相位頻率偵測器（ PFD ）作用：將外部回授信號Ｒ（ Fint ）與輸入信號Ｖ（ Fext ）做相位的比較，而產生一串數位的 upb或 dn 信號對電荷幫浦進行充放電。

PFD 電路圖

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充電泵 (Charge Pump)

(a) 充電路徑 (b) 放電路徑

電晶體 M5~M9 為電流鏡， M1 、 M2 、 M4 、 M10 、 M11 產生參考電流， M3 與 M12 為依照接收的訊號，判斷充電泵的充電或放電，由於不是直接在 Drain 端輸出，可以有效降低電荷分享的效應。

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C1

C2R1

VctrlCout

二階低通濾波器 (Low-Pass Filter)

主要功能為將充電泵輸出的電流轉換成供給壓控振盪器的電壓訊號，並濾除一些不需要的高頻雜訊。

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除頻器 (Frequency Divider)

(a) 除 2 電路 (b) 除 32 示意圖

如圖 (a) 所示，為一個除 2 的除頻器，依照設計需求可串接 N 級，達到除頻的要求。

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VCO 數據vco

VCO 增益 (Kvco) 1063.75 MHz/V

鎖定頻率 (Vout) 10.3 MHz

參考頻率 (Fref) 103.9MHz

除數 (N) 32

R1 4520Ω

C1 32pF

C2 2pF

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Layout 佈局打線圖

PLL 打線圖

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四、結 論

優點： 1 、好的線性電壓控制振盪器 (VCO) 2 、低雜訊 3 、反應時間快缺點： 1 、起振電壓範圍稍窄

• CMOS 主動負載差動放大器振盪器仍有三個優勢，好的線性電壓控制振盪器 (VCO) 、低雜訊和低消耗功率的特性。• 我們只要增加 PMOS 寬度或 NMOS 寬度，選擇較高 gm 值或 β 值高的電晶體 Q1(Q2) ，降低 Inverter 的傳遞延遲時間就能增加輸出的頻率。

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[1.] 高曜煌，”射頻鎖相迴路 IC 設計”，滄海書局， 2005 。[2.] Behzad Razavi, “ 類比 CMOS 積體電路設計”，滄海書局， 2004 。[3.] 劉深淵、楊清淵，”鎖相迴路”，滄海書局， 2008[4.] 盧武宏，”應用於多頻帶之高速鎖相迴路設計”，國立東華大學電機 工程研究所碩士論文，中華民國九十二年六月。[5.] 林明信，”以差動放大器為基礎的壓控振盪器與鎖相迴路之研究”， 崑山科技大學電子工程研究所碩士論文，中華民國九十七年六月。

參考文獻

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謝謝各位THE END