一種超低功耗5.8GHz雙模前置分頻器設(shè)計(jì)

摘要：基于目前流行的TSPC高速電路，利用TSMC90nm 1．P9M 1．2V CMOS工藝設(shè)計(jì)了高速、低壓、低功耗32／33雙模前置分頻器，其適用于WLAN IEEE802．1la通信標(biāo)準(zhǔn)。運(yùn)用Mentor Graphics Eldo對(duì)該電路進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果顯示，工作在5．8GHz時(shí)功耗僅0．8mW，電路最高的工作頻率可達(dá)到6．25GHz。
關(guān)鍵詞：雙模前置分頻器 單相時(shí)鐘 高速度 低功耗

0 引言
隨著移動(dòng)通信技術(shù)的迅速發(fā)展，對(duì)射頻電路的高速、低功耗要求日益增長(zhǎng)。基于鎖相環(huán)(PLL)結(jié)構(gòu)的頻率合成器是收發(fā)機(jī)前端電路的重要組成部分，對(duì)為混頻器提供純凈的本振信號(hào)，具有重要地位。在PLL中，壓控振蕩器(VCO)和前置分頻器(Prescaler)是工作在最高頻率的兩個(gè)模塊，它們是限制PLL工作頻率的主要瓶頸，因此提高前置分頻器的工作速度是解決限制PLL工作頻率上限的一個(gè)關(guān)鍵因素。為了滿足高頻通信的要求，必須對(duì)前置分頻器和VCO進(jìn)行高速、低功耗的優(yōu)化設(shè)計(jì)。
雙模前置分頻器以D觸發(fā)器為主要單元。近年來(lái)涌現(xiàn)了很多不同結(jié)構(gòu)的高速D觸發(fā)器。第1種是靜態(tài)SCL結(jié)構(gòu)，由ECL電路結(jié)構(gòu)演變而成。與傳統(tǒng)的靜態(tài)分頻器相比，由于它的擺幅較小，所以工作速度快。但是典型SCL結(jié)構(gòu)的2分頻電路包括尾電流源在內(nèi)至少需要18個(gè)MOS管，MOS管無(wú)法做到小尺寸，導(dǎo)致輸入電容很大甚至超過(guò)了管子本身的電容，所以SCL分頻器功耗較高。第2種是動(dòng)態(tài)的TSPC(單相時(shí)鐘)結(jié)構(gòu)，它采用單相時(shí)鐘的TSPC技術(shù)使構(gòu)成分頻器的元件數(shù)目減少，可以提高電路的工作速度，同時(shí)這種電路的功耗極低，所以經(jīng)常在前置分頻器中采用。TSPC分頻器的不足是噪聲性能不佳，因?yàn)閯?dòng)態(tài)單端結(jié)構(gòu)比SCL結(jié)構(gòu)更容易受噪聲的影響。第3種是注鎖式(iniected-locked)電路，由于要使用電感器，因而它的體積過(guò)大且工藝難度高，很少被應(yīng)用。具體采用哪種電路結(jié)構(gòu)應(yīng)視情況而定。
本文采用動(dòng)態(tài)TSPC結(jié)構(gòu)，利用TSMC 90nm 1P9M 1．2VCMOS工藝，設(shè)計(jì)了一個(gè)適用于WLAN IEEE802．11a標(biāo)準(zhǔn)的雙模前置分頻器，具有高速、低壓、低功耗的特點(diǎn)。

1 電路設(shè)計(jì)
1．1 電路總體架構(gòu)
雙模前置分頻器的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括三個(gè)部分：同步2／3分頻器，由異步除2分頻器構(gòu)成的分頻器鏈，以及反饋部分。控制信號(hào)MC控制分頻比，當(dāng)MC=1時(shí)為32分頻，當(dāng)MC=O時(shí)為33分頻。
圖l雙模前置分頻器結(jié)構(gòu)圖

本設(shè)計(jì)基于上述傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，通過(guò)減少高頻同步分頻器單元中MOS管的個(gè)數(shù)，達(dá)到降低功耗的目的。