Résumé: Puissance de l'oscillateur en anneau, grand bruit, linéarité et pauvres, basée sur le processus TSMC 55 nm, l'ancien proposé une nouvelle structure circuit oscillateur en anneau d'intercommunication. l'analyse de la profondeur du bruit thermique du dispositif lui-même, le scintillement sortie de bruit de l'oscillateur en anneau pourcentage phase de contribution de bruit, en utilisant des techniques de filtrage capacitif pour réduire le bruit de phase de la sortie de l'oscillateur, à l'aide d'une source de circuit de rétroaction de courant négatif pour obtenir une modulation de fréquence linéaire d'améliorer la linéarité, et fournir un large plage d'accord. Spectre résultats de simulation RF montrent que la conception de l'oscillateur anneau couverture de fréquence de 0,2 GHz ~ 3,8 GHz, pour produire huit phases, le bruit de phase de -91,34 dBc / Hz à 1 MHz, la consommation de courant est de 4,6 mA à une tension d'alimentation de 1,2 V, linéaire bon degré.
TN432
A
10,16157 / j.issn.0258-7998.173393
format de citation chinois: Li, Zhang Haining, Liu Min. Un anneau de sortie à faible bruit à 8 phases de faible puissance oscillateur Technologie électronique, 2018,44 (4): 40-43,47.
Anglais format de citation: Li Xin, Zhang Haining, Liu Min. Un faible faible puissance oscillateur en anneau de sortie à huit phases bruit . Application de Elec-
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0 introduction
Un oscillateur commandé en tension (VCO) est une tension commandée par la fréquence de sortie de l'oscillateur, un système de communication sans fil est un module important, mais également le circuit de boucle à verrouillage de phase de noyau (PLL), ses paramètres de bruit de phase et de sensibilité directement affectent la performance finale de la PLL. oscillateurs anneau présentent de nombreux avantages significatifs par rapport à oscillateur commandé de résonance de tension LC (LC VCO): l'élément inductance nécessité d'économiser surface de la puce, le coût, une large gamme d'accord, et il est facile à mettre en uvre en plusieurs phases. Cependant, les performances de bruit de phase de l'oscillateur en anneau est généralement légèrement inférieure. Compte tenu de la faible consommation d'énergie, et les avantages intégrés de petite surface, l'oscillateur en anneau est largement utilisé dans le domaine des communications. À l'heure actuelle, le nouvel oscillateur en anneau, de faible puissance, à faible bruit, large accordage a attiré de nombreux chercheurs dans la recherche, par exemple, le document , une gamme de fréquences de 2,05 GHz conçue ~ 3,35 GHz bruit de phase oscillateur en anneau il était -89,6 dBc / Hz à 1 MHz, le circuit de puissance de noyau est 18,36 mW, mais la consommation d'énergie est importante, ne peut pas satisfaire aux exigences de faible consommation d'énergie dans un système de communication sans fil. Un oscillateur pour la présence d'une grande consommation d'énergie, beaucoup de bruit, linéarité médiocre, a proposé une nouvelle structure d'oscillateur en anneau, la fréquence de l'oscillateur anneau plage de 0,2 GHz 3,8 GHz ~, pour produire huit phases, le bruit de phase - 91,34 dBc / Hz @ 1 MHz.
1 oscillateur en anneau
1.1 l'oscillateur en anneau
la structure de base se présente sous la forme d'un oscillateur en anneau à une fréquence d'oscillation de boucle de rétroaction positive, comme représenté sur la Fig.
FIG, HA () est la fonction de transfert des amplificateurs primaires, HF () est la fonction de transfert du réseau de rétroaction. Système de rétroaction pour le gain en boucle fermée de formule (1):
Principe de fonctionnement de l'oscillateur en anneau est un satisfait à la fonction de transfert de boucle seulement du point de critère de Barkhausen sur une fréquence, à savoir, satisfait à la formule (2) à une certaine fréquence d'oscillation can.
Lorsque, [omega] 0 représente la tension d'entrée à la fréquence de sortie de 0, le gain KVCO VCO, en unités de rad / (s · V), Vcon est une tension de commande.
Le principe et la conception 1.2
Bruit de phase provient principalement de l'oscillateur en anneau bruit de grenaille, bruit thermique et du bruit ambiant . La température est le résultat du bruit thermique, la bande passante, et fonctionnant comme une résistance; coup est le bruit provoqué par le courant de polarisation en courant continu; principalement le bruit ambiant et le bruit du bruit du substrat VCO et de la source d'alimentation externe . L'unité de retard peut être la structure de configuration unique à composition non limitée et différentielle, la structure du différentiel dans des cellules de retard oscillateur en anneau différentiel constituant la base a une bonne symétrie, a un grand avantage pour surmonter le bruit de l'environnement, mais parce que la complexité du circuit non seulement augmente la zone de la puce, mais apporte également plus de bruit thermique, et donc d'utiliser une structure simple, le dispositif moins structure unique à composition non limitée, le bruit thermique peut être efficacement réduite par le dispositif intrinsèque. Un oscillateur en anneau N-étape, chaque étape du td à retard, dont la fréquence:
Dans lequel, le courant de charge Icharge, Cpar est la capacité parasite totale du noeud de sortie de l'unité de retard, Vdd étant la tension d'alimentation.
Compte tenu de la surface de la puce d'un oscillateur commandé en tension de forme annulaire 24, il est principalement composé d'inverseurs, comme le montre la Figure 2, dans lequel D0 ~ D8 sont des extrémités est reliée de manière séquentielle pour mettre fin à constituer la principale structure cyclique. Entrée représentée par Vcon, la fréquence d'oscillation du VCO avec le changement de la tension d'entrée varie.
Vu de. La figure 3, qui comprend trois boucle principale VCO, d'abord par D0 ~ J8 des huit unités de retard le plus lent du circuit primaire, comprenant deux quatre secondes unités de retard inverse en boucle fermée boucle, respectivement, D9-D11-D13-D15 est, D8-D10-D12-D14, en plus comprenant quatre boucles fermées, respectivement, D16-D20, D17-D21, D18-D22, D23-D19, respectivement, boucle formée, le maintien d'une relation symétrique parfaite entre le circuit primaire et la sous-boucle respective.
En changeant le MN1 courant pour modifier la taille de la résistance négative, de sorte MP0, MP1 résistance équivalente du drain est également modifiée, de manière à ajuster la fréquence d'oscillation, en raison de la faible puissance d'alimentation, MP0, MP1 utilisant une configuration de miroir de courant. MP0, le changement MP1 dans la résistance équivalente du drain de l'oscillation de sortie peut conduire à différents signaux de fréquences différentes, auront une incidence sur les performances de bruit de l'oscillateur VCO, afin de répondre aux besoins du système de communication, il est nécessaire d'ajuster la largeur du rapport de miroir de courant de l'oscillateur commandé en tension supplémentaire de longueur optimisée bruit de phase.
Le principe de l'oscillation de l'oscillateur en anneau, le convertisseur de l'unité de retard sur la base de huit oscillateur de commande de configuration de la chaîne sans fin VCO délivre en sortie un signal de fréquence peut être mis en oeuvre en quadrature de phase, le bruit ambiant peut être efficacement supprimée, les données dans le circuit de récupération d'horloge il a des applications importantes .
1.3 Conception de la mémoire tampon
Pour l'oscillateur en anneau avec une bonne sortie de correspondance, l'étage tampon est introduit comme représenté dans le circuit représenté sur la. Figure 4, qui est principalement composé d'une paire différentielle, et un verrou constitué de l'inverseur, la sortie de la paire différentielle comme un inverseur d'entrée, assurant ainsi la symétrie du circuit. L'étage tampon peut être remplacé par la forme d'onde de sortie du signal d'horloge d'oscillateur en anneau de 50% de cycle, et peut améliorer la capacité de conduite.
1.4 mise en page
conception de configuration de circuits intégrés est une partie importante du processus, la conception d'implantation d'un impact direct sur la fonction de la puce. Cette conception de l'oscillateur en anneau à base de processus TSMC 55 nm, analyse les problèmes correspondants VCO et le bruit, l'utilisation du placement et de l'outil de routage virtuose Layout Editor Les règles de conception de mise en page de base et de vérification par la RDC et LVS. L'oscillateur en anneau plan de la conception représentée sur la figure 5, la zone de mise en page de base de 70 pm x 81 pm.
2 résultats de simulation
2.1 Résultats de simulation avant
En utilisant l'outil de simulation RF Specter de Cadence pour les résultats de simulation transitoires présentés à la figure 6. Comme on le voit sur la figure, lorsque Vdd = 0,6 V, l'oscillateur en anneau temps de démarrage d'environ 1,4 ns, l'amplitude d'oscillation d'environ 0,74 V. Ce résultat indique que l'oscillateur a un bon temps de démarrage et de démarrage est relativement courte.
La fréquence d'accord du VCO représenté sur la. Figure 7, on peut voir d'après la figure 7, lorsque la tension de commande change entre 0 ~ 0,9 V, la plage d'accord de fréquence VCO de 0,2 GHz ~ 3,8 GHz, et la courbe de réglage de 0,4 ~ 0,8 V ayant une bonne linéarité.
Phase performance du bruit est un paramètre important et VCO. la phase VCO performances de bruit obtenue par la simulation de co-PSS et Pnoise, la plage de décalage de fréquence est mis à 1 kHz à 1 GHz. Lorsque la tension d'accord de 0,6 V, la fréquence centrale de la sortie de la courbe de bruit de phase du circuit global de 2,4 GHz représenté sur la figure 8, vue à la fréquence de 1 MHz offset, bruit de phase de -91,34 dBc / Hz.
Jitter (la gigue) et de phase sont le bruit des paramètres permettant d'évaluer les performances de bruit de l'oscillateur en anneau, la gigue est mesurée dans le domaine temporel oscillateur de signal de temps de passage à zéro incertitude, le bruit de phase dans le domaine fréquentiel pour mesurer l'oscillateur de pureté spectrale ils sont essentiellement les mêmes, mais utilisent différentes façons d'exprimer le même phénomène décrit . Le bruit de phase est calculée en fonction de la gigue représenté sur la figure 9, on suppose A = surface = puissance de bruit de phase intégré (dBc), alors:
9 lectures chacune de la fréquence de bruit de phase de décalage correspondant à la phase représentée sur bruit. La figure 8. Calculé par:
Étant donné que la gigue basse fréquence VCO généralement relativement importante, peut généralement être efficacement filtrés par le bruit de fréquence de boucle de PLL.
2.2 Simulation des résultats
De modification et de mise en page optimisée par la vérification de la RDC et LVS, l'utilisation d'outils d'extraction de mise en page PEX sont layout résistance parasite, l'extraction de paramètre de capacité parasite. La figure 10 montre un schéma de circuit de la simulation.
parasite Disposition Après extraction, le même environnement de simulation construit, en utilisant des outils de simulation sont la forme d'onde transitoire du signal de sortie, et la caractéristique de modulation de fréquence de la performance de bruit de phase du VCO après une oscillation stable a été simulé, les résultats de simulation sont présentés sur les Fig. 11 à 13 spectacles. La figure montre les résultats de la simulation sont en accord avec les résultats des simulations précédentes, la disposition visible satisfait à la plage de réglage de fréquence d'oscillateur entre 0,2 GHz ~ 3,8 GHz, le bruit de phase à la fréquence centrale de -91,34 dBc / Hz à 1 MHz, la puissance La consommation est de 4,6 mW, une bonne linéarité.
Le tableau 1 résume les paramètres de performance de la conception du VCO de la bague, et les conditions du procédé oscillateur de comparaison similaire. Comme on le voit, la conception d'un oscillateur en anneau ayant une fréquence plus élevée dans les conditions de faible puissance, et mieux le bruit de phase.
3 Conclusion
Sur la base TSMC 55 procédé nm, en utilisant la conception de la structure en coupe frontale d'un circuit de feed-forward à 2,4 GHz oscillateur basse anneau de puissance, à 1,2 V la tension d'alimentation de l'ensemble oscillateur en anneau consommation d'énergie maximum de 5,6 mW, le bruit de phase est -91,34 dBc / hz, le VCO a une faible consommation d'énergie, faible bruit de phase, grande plage de réglage, etc., peut être appliqué à une boucle à verrouillage de phase, un générateur de fréquence et le circuit de récupération d'horloge.
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Informations sur l'auteur:
Li Xin, Zhang Haining, Liu Min
(Collège des sciences de l'information et du génie, Université de Shenyang, Shenyang 110870)
