一種基于鎖相環(huán)的時(shí)鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖3 中的延遲單元及選擇單元可以建立在PMOS型源耦合差分放大器基礎(chǔ)上，該類型放大器帶有NMOS型負(fù)載，它同時(shí)能實(shí)現(xiàn)壓控?cái)[幅調(diào)整，主要通過調(diào)整電壓及改變有效負(fù)載線來實(shí)現(xiàn)。電流源的高阻態(tài)增加了對(duì)源耦合部件的電源噪聲抑制，同時(shí)，N阱也有效地隔離了P型襯底上的大量噪聲，增加系統(tǒng)噪音抑制性能。

仿真結(jié)果

使用Cadence中的SpectreRF對(duì)所設(shè)計(jì)電路進(jìn)行仿真，利用0.6μm，3V/5V，雙多晶(Double Poly)、雙鋁(Double Metal)CMOS工藝參數(shù)。VCO是鎖相環(huán)中關(guān)鍵模塊，對(duì)VCO做PSS以及PNoise分析，可得到其相位噪聲圖形，如圖4所示，在100kHz處相位噪聲近似為－110dBc/Hz。圖5是VCO的增益曲線，增益約為380MHz/V，有較好的線性度。

設(shè)計(jì)總結(jié)

由于鎖相環(huán)中包含模擬電路，噪聲干擾也是設(shè)計(jì)中需要克服的問題。大型數(shù)字電路翻轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的電源噪聲影響鎖相環(huán)中模擬電路的工作，輸出的時(shí)鐘周期將會(huì)因?yàn)殡娫丛肼暬蛘咂渌蓴_源(例如MOS管的熱噪聲)的影響而改變，通常把它稱為輸出“抖動(dòng)”。時(shí)鐘抖動(dòng)將直接影響到集成電路最高的運(yùn)行頻率，因?yàn)樗鼘p少可用的時(shí)鐘周期。隨著可用時(shí)鐘周期減少，在關(guān)鍵路徑上的數(shù)字電路在一個(gè)周期內(nèi)得不到足夠長(zhǎng)的時(shí)間來處理數(shù)據(jù)，直接導(dǎo)致所謂 “關(guān)鍵路徑錯(cuò)誤”。此外，有大功率芯片干擾或者數(shù)?；旌想娐饭惨r底時(shí)，電源噪聲的影響更加明顯。

Δθ_out=Δf_out/f_m

高頻噪聲和低頻噪聲因產(chǎn)生機(jī)理不同而體現(xiàn)出來的性能也相差很大,所以在不同的應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)其采取的抑制方式也不一樣。低頻噪聲一般包括電源紋波、電阻和晶體管隨機(jī)熱噪聲、晶體管隨機(jī)閃變?cè)肼暤?。高頻噪聲主要是來自數(shù)字電路的高速翻轉(zhuǎn)以及芯片控制部件的快速切換，在芯片時(shí)鐘設(shè)計(jì)中，該類型噪聲占主導(dǎo)地位。高頻噪聲因?yàn)槠漕l率比較高，所產(chǎn)生的相位偏移Δθ_out比較小，一般高頻噪聲用周期性的“抖動(dòng)”來描述。

經(jīng)典的鎖相環(huán)路中包含有模擬電路，因此對(duì)噪聲非常敏感，對(duì)于片上集成的鎖相環(huán)路一般采用以下措施來消除噪聲：

1. 用電源和地線包圍整個(gè)鎖相環(huán)。地線圈能夠使鎖相環(huán)周圍的襯底電位保持穩(wěn)定，恒定的襯底電位能夠抑制噪聲，而輸入輸出單元以及其它邏輯電路引入的噪聲大部分是通過襯底耦合引入的。

2. 將鎖相環(huán)路的電源線與芯片其它系統(tǒng)的電源線分離。因?yàn)榻?jīng)常在邏輯電路部分或者接口電路部分出現(xiàn)瞬間大電流，導(dǎo)致主電源的電位不斷變化。電源電壓不斷變化將影響鎖相環(huán)噪聲抑制功能，所以在設(shè)計(jì)鎖相環(huán)路的電源以及地時(shí)，應(yīng)該考慮將主電源部分與鎖相環(huán)電源部分分離，并且都用單獨(dú)的引腳給出。

3. 把鎖相環(huán)路的輸入引腳放置在鎖相環(huán)路旁邊，以免其受到電源波動(dòng)以及其它干擾的影響。