深亞微米CMOS全數字頻率閤成器 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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[美] Rober，Bogdan，Staszewski 著，彭剛 譯

圖書標籤:

• CMOS頻率閤成器
• 全數字頻率閤成器
• 亞微米電路
• 射頻集成電路
• 頻率閤成
• 數字電路
• 模擬電路
• 集成電路設計
• 低功耗設計
• 芯片設計

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030480255

版次：01

商品編碼：12085339

包裝：平裝

叢書名： 微電子實用技術叢書

開本：32開

齣版時間：2017-05-01

頁數：256

正文語種：中文

內容簡介

介紹瞭鎖相環與頻率閤成器電路的分析方法、電路結構、工作原理等相關知識，以及采用鎖相環與頻率閤成器集成電路構成的鎖相環(PLL)、壓控振蕩器(VCO)、前置分頻器、直接數字頻率閤成器(DDS)和時鍾發生器電路實例的主要技術性能、引腳端封裝形式、內部結構、工作原理、電原理圖、印製電路闆圖和元器件參數等內容，頻率範圍從零至幾吉赫茲，其電原理圖、印製電路闆圈和元器件參數等可以直接在工程設計中應用，可供相關專業師生閱讀，也可供工程技術人員參考

目錄

第1章 概述
1.1 頻率閤成
1.2 頻率閤成器作為RF收發器整體的部分
1.3 移動通信的頻率閤成器
1.4 RF閤成器實現

第2章 數控振蕩器
2.1 深亞微米CMOS工藝中的變容二極管
2.2 振蕩頻率全數控
2.3 ￡C諧振腔振蕩器
2.4 振蕩器核心
2.5 開環窄帶數字／頻率轉換
2.6 實現案例
2.7 DCO的時域數學模型
2.8 總結

第3章 歸一化DCO
3.1 振蕩器傳遞函數和增益
3.2 DCO增益評價
3.3 DCO增益歸一化
3.4 同步優化DCO輸入調諧字的重定時原理
3.5 DCO調諧輸入的時間抖動
3.6 PVT的實現和獲取DCO位
3.7 追蹤DCO位的實現
3.8 時域模型
3.9 小結

第4章 全數字鎖相環
4.1 相域運算
4.2 重組時鍾
4.3 鑒相器
4.4 參考相位和可變相位的模運算
4.5 時間數字轉換器
4.6 相對誤差估計
4.7 使用DCO時鍾進行參考頻率重定時
4.8 環路增益因子
4.9 相域ADPLL結構
4.10 PLL頻率響應
4.11 噪聲和故障源
4.12 II型ADPLL
4.13 高階ADPLL
4.14 ADPLL的非綫性差分項
4.15 使用PLL預估DCO增益
4.16 PLL增益的換擋
4.17 沿跳變抖動方案（選項）
4.18 總結

第5章 基於全數字鎖相環的發射機
5.1 DCO直接頻率調製
5.2 即時DCO增益計算
5.3 GFSK脈衝整形
5.4 功率放大器
5.5 數字調幅
5.6 展望未來：極坐標發射機
5.7 總結

第6章 行為建模與仿真
6.1 仿真方法
6.2 數字模塊
6.3 支持數字流處理
6.4 隨機數發生器
6.5 DCO相位噪聲時域建模
6.6 建模中的亞穩態觸發器
6.7 仿真結果
6.8 總結

第7章 實現與實驗結果
7.1 DSP及其RF的DRP接口
7.2 發射器核心實現
7.3 IC芯片
7.4 評估闆
7.5 測量器件
7.6 GFSK發射器性能
7.7 閤成器性能
7.8 閤成器開關瞬態
7.9 DSP驅動調製
7.10 性能總結
7.11 總結
附錄A
A.1 DCO切換引起的雜散
A.2 DCO調製引起的雜散
附錄B
B.1 高斯脈衝整形濾波器
附錄C
C.1 DCO LEVEL2
C.2 周期控製振蕩器
C.3 戰術觸發器
C.4 TDC僞測溫儀輸齣解碼器
參考文獻

深亞微米CMOS全數字頻率閤成器 引言 頻率閤成器是現代電子係統中不可或缺的關鍵組件，廣泛應用於通信、雷達、儀器儀錶、導航以及消費電子等諸多領域。其核心功能是將一個穩定的參考頻率信號，通過一係列信號處理和控製過程，生成齣具有精確頻率、低相位噪聲和高頻率分辨率的目標輸齣頻率。隨著信息技術的飛速發展，對頻率閤成器的性能要求也日益提高，例如更高的頻率範圍、更快的頻率切換速度、更低的功耗以及更高的集成度。 傳統上，頻率閤成器主要依賴於壓控振蕩器（VCO）和鎖相環（PLL）技術，這些模擬電路在設計和製造上存在一定的局限性，尤其是在深亞微米CMOS工藝下，器件的非綫性效應、寄生參數以及工藝偏差等問題對模擬電路的性能産生瞭顯著影響。為瞭剋服這些挑戰，一種新型的頻率閤成器架構——全數字頻率閤成器（ADF）應運而生，並逐漸成為研究和開發的熱點。 全數字頻率閤成器（ADF）的概念與優勢 全數字頻率閤成器（ADF）的核心思想在於將傳統PLL中的模擬核心組件，如壓控振蕩器（VCO）、電荷泵（CP）、低通濾波器（LPF）以及鑒相器（PD）等，通過數字電路和算法進行等效或替代。這種架構的轉變帶來瞭多方麵的優勢： 工藝無關性增強： 相較於模擬電路對工藝參數的敏感性，數字電路的設計和性能受工藝變化的影響較小。在深亞微米CMOS工藝下，數字電路的縮放效應更為顯著，能夠更有效地利用先進工藝的優勢，實現更高的集成度和更低的功耗。 高頻率分辨率和靈活性： 數字小數分頻器的引入，使得ADF能夠實現任意頻率分辨率，突破瞭傳統整數分頻器的限製。同時，通過軟件控製，ADF的頻率設置可以極其靈活，輕鬆實現多頻點工作和頻率微調，滿足復雜通信係統的需求。 易於設計與驗證： 數字電路的設計流程成熟，工具鏈豐富，並且更容易進行仿真驗證，大大縮短瞭設計周期，降低瞭開發成本。 對噪聲和乾擾的魯棒性： 數字電路在信號傳輸和處理過程中，其抗噪聲和乾擾能力通常優於模擬電路，這對於在復雜電磁環境中工作的電子設備尤為重要。 低功耗潛力： 通過精細的數字電路設計和功耗管理技術，ADF有望實現比傳統模擬PLL更低的功耗，這對於便攜式設備和物聯網應用至關重要。 深亞微米CMOS工藝下的挑戰與機遇 深亞微米CMOS工藝（通常指90nm及以下工藝節點）為集成電路設計帶來瞭前所未有的機遇，但同時也帶來瞭嚴峻的挑戰，尤其是在射頻和混閤信號領域。 器件性能的權衡： 隨著特徵尺寸的縮小，晶體管的跨導（gm）和增益（gmRds）可能會下降，導緻跨導-電流（gm/ID）比降低，在需要高增益的模擬模塊中構成挑戰。同時，短溝道效應、漏電流增加、閾值電壓波動等問題，都會影響模擬電路的精度和穩定性。 寄生效應的增強： 互連綫電阻和電容的增加，以及工藝引入的各種寄生效應，會顯著影響信號的完整性和電路的性能。 電源和地噪聲的耦閤： 在高密度的數字電路和模擬電路混閤集成時，數字電路産生的噪聲更容易通過電源和地耦閤到敏感的模擬電路中，影響其性能。 設計和布局的復雜性： 深亞微米工藝對版圖設計和布局布綫的要求極高，需要更精細的優化以減小寄生效應，並保證電路的可靠性。 然而，深亞微米CMOS工藝也為ADF的設計提供瞭巨大的優勢： 更高的集成度： 能夠將更多的數字邏輯和控製單元集成到同一芯片上，實現更復雜的頻率閤成器功能。 更快的速度： 數字電路的運行速度隨著工藝節點的進步而提升，能夠支持更高頻率的輸齣和更快的頻率切換。 更低的功耗： 相較於同等性能的模擬電路，數字電路在深亞微米工藝下通常能實現更低的功耗。 更低的成本： 隨著晶圓廠的規模化生産，深亞微米工藝的製造成本也在逐步下降，使得高性能集成電路的普及成為可能。 全數字頻率閤成器的關鍵技術模塊 一個典型的全數字頻率閤成器通常包含以下幾個關鍵模塊： 1. 數字壓控振蕩器（DCO）： DCO是ADF的核心，它替代瞭傳統PLL中的VCO。DCO通常由一個可調諧振蕩器（例如，基於延遲綫的振蕩器、環形振蕩器、LC振蕩器等）以及一個數字控製邏輯組成。數字控製邏輯根據輸入的控製字來調整振蕩器的頻率。在深亞微米CMOS工藝下，需要精心設計DCO的結構，以保證其頻率穩定性、調諧範圍以及相位噪聲性能。例如，可以通過控製延遲單元的數目、寬度，或者開關容量等來改變振蕩器的頻率。 2. 數字鑒相器（DPD）： DPD是ADF中用於檢測參考頻率和反饋頻率之間相位誤差的模塊。與傳統的模擬鑒相器不同，DPD采用數字邏輯實現。常見的DPD結構包括： 電荷泵型DPD（Digital Charge Pump）： 通過數字邏輯控製電流源的開關，生成與相位誤差成比例的數字“電荷”信號。 多相移檢測器（Multiphas e Detector）： 利用相位差來控製不同相位信號的輸齣，通過統計或邏輯運算來判斷相位關係。 基於事件的DPD： 監測參考時鍾和反饋時鍾的上升沿或下降沿，計算事件之間的間隔，從而推斷相位誤差。 在深亞微米CMOS工藝下，DPD的設計需要考慮時序的精確性，以減小量化噪聲和提高鎖定精度。 3. 數字濾波器（DF）： DF在ADF中扮演著低通濾波器（LPF）的角色，用於濾除DPD産生的量化噪聲和高頻分量，並為DCO提供平滑的控製信號。DF通常采用IIR（無限脈衝響應）或FIR（有限脈衝響應）濾波器結構，並通過數字邏輯實現。在深亞微米CMOS工藝下，DF的實現需要考慮運算速度、資源消耗和精度。通過選擇閤適的濾波器結構和係數，可以有效地平衡相位噪聲、瞬態響應和功耗。 4. 數字分頻器（Divider）： 分頻器是頻率閤成器中必不可少的一部分，用於將DCO輸齣的高頻信號分頻後反饋給DPD。ADF通常采用兩種類型分頻器： 整數分頻器（Integer Divider）： 例如，標準除以M的計數器，可以將輸齣頻率降低M倍。 小數分頻器（Fractional-N Divider）： 這是ADF實現高頻率分辨率的關鍵。小數分頻器通過在一段時間內動態地改變分頻比，實現非整數的分頻。常見的技術包括Sigma-Delta小數分頻器，它利用Sigma-Delta調製器生成小數分頻序列，從而實現高精度的頻率閤成。在深亞微米CMOS工藝下，小數分頻器的設計需要非常精巧的時序控製和高速邏輯電路，以支持大範圍的分頻比和高頻率輸齣。 5. 數字控製單元（Digital Control Unit）： 數字控製單元負責接收用戶設定的目標頻率，並根據頻率閤成算法，生成DCO的控製字、DPD的增益控製以及小數分頻器的分頻序列。它通常包含一個微控製器（MCU）或專用的數字邏輯，負責整個頻率閤成器的操作和管理。 在深亞微米CMOS工藝下的設計考慮 在設計適用於深亞微米CMOS工藝的ADF時，需要特彆關注以下幾個方麵： 低功耗設計： 充分利用深亞微米工藝的低功耗特性，采用時鍾門控、電源門控、低功耗邏輯單元等技術，最大程度地降低功耗。 噪聲抑製： 仔細進行電源和地網絡的規劃，采用去耦電容，並對模擬和數字部分進行隔離，以減小噪聲耦閤。DCO的噪聲性能是ADF的關鍵，需要通過精細的電路設計和版圖優化來降低相位噪聲。 時序約束和驗證： 在深亞微米工藝下，時序是至關重要的。需要進行嚴格的時序分析和仿真，確保所有數字邏輯都能在時鍾周期內完成，並滿足設計要求。 版圖設計和寄生效應處理： 版圖設計對於ADF的性能至關重要。需要充分考慮互連綫電阻和電容的影響，並進行優化。例如，在DCO的設計中，需要精心布局振蕩器的關鍵組件，以減小噪聲和寄生效應。 工藝偏差和建模： 需要建立準確的工藝模型，並考慮工藝偏差對電路性能的影響，通過設計裕量和自適應控製技術來提高ADF的魯棒性。 應用前景 全數字頻率閤成器在深亞微米CMOS工藝下的發展，為下一代電子係統的創新提供瞭強大的技術支撐。其在以下領域的應用前景尤為廣闊： 5G/6G通信： 高度集成的ADF可以滿足5G/6G通信係統對多頻段、寬帶寬、低功耗和快速頻率切換的需求。 高性能雷達係統： ADF能夠實現高精度、高分辨率的頻率控製，適用於先進的雷達信號處理。 軟件定義無綫電（SDR）： ADF的靈活性和可編程性使其成為SDR係統的理想選擇，可以輕鬆地在軟件層麵實現頻率的動態調整。 物聯網（IoT）設備： 低功耗和高集成度的ADF有助於延長IoT設備的電池壽命，並減小其尺寸。 汽車電子： ADF在車載通信、導航和ADAS（高級駕駛輔助係統）中扮演著越來越重要的角色。 結論 深亞微米CMOS工藝為全數字頻率閤成器（ADF）的發展提供瞭肥沃的土壤。通過充分發揮數字電路在先進工藝下的優勢，並有效應對半導體製造過程中帶來的挑戰，ADF能夠實現比傳統模擬PLL更高的性能、更高的集成度、更低的功耗和更強的靈活性。隨著技術的不斷進步，ADF必將成為未來電子係統中不可或缺的關鍵技術，推動通信、計算、傳感等各個領域的創新和發展。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計，那種深邃的藍與科技感的綫條交織，立刻吸引瞭我。我本身並非電子工程領域的專傢，但“深亞微米CMOS全數字頻率閤成器”這樣的標題，在我聽來，就如同開啓瞭一扇通往未來通信世界的大門。我猜想，這本書的核心內容，必然是圍繞著如何利用當前最尖端的CMOS半導體工藝，構建一個完全由數字邏輯控製的頻率閤成係統。這其中，“深亞微米”意味著極其精密的製造技術，能夠容納下無數微小的元器件，從而實現更高的集成度和更低的功耗。而“全數字”，在我看來，代錶瞭一種技術上的飛躍，它將原本依賴於模擬元件的復雜頻率生成過程，轉化為瞭由算法驅動的數字信號處理。我猜測書中會詳細講解全數字頻率閤成器的基本原理，比如DDFS（Direct Digital Frequency Synthesizer）的工作方式，包括相位纍加器、查找錶（LUT）和數模轉換器（DAC）的作用。同時，我也期待書中能探討如何在數字領域解決傳統模擬頻率閤成器麵臨的噪聲、漂移和穩定性問題，以及在深亞微米工藝下，如何優化設計以實現更高的頻率分辨率、更低的雜散和更快的鎖相速度。

評分☆☆☆☆☆

這本書的標題《深亞微米CMOS全數字頻率閤成器》讓我對其中蘊含的技術深度産生瞭極大的興趣。我腦海裏immediately浮現齣的是那些在現代通信、雷達和測試測量設備中至關重要的頻率生成模塊。我猜想，這本書一定會深入探討“深亞微米CMOS”這一先進工藝節點下的設計挑戰，比如如何在微小的芯片麵積上實現高性能的數字邏輯，同時控製功耗和散熱。而“全數字”頻率閤成器，在我看來，是模擬頻率閤成器的一種革命性的替代方案，它意味著完全擺脫瞭傳統的LC振蕩器、PLL環路濾波器等模擬組件，而是通過數字算法和數字信號處理技術來精確地生成所需的射頻信號。我猜測書中會詳細介紹全數字頻率閤成器的核心架構，例如DDFS（Direct Digital Frequency Synthesizer）是如何工作的，包括其相位纍加器、查找錶（LUT）以及數模轉換器（DAC）的原理和設計。同時，我也好奇書中是否會涉及一些先進的全數字PLL（Phase-Locked Loop）技術，比如如何通過數字濾波器和數字控製器來代替傳統的模擬環路濾波器和電荷泵，從而實現更高的精度和更強的靈活性。

評分☆☆☆☆☆

我一直對那些能夠“化零為整”的科技産品充滿好奇，而頻率閤成器無疑是其中一個絕佳的例子。這本書的標題《深亞微米CMOS全數字頻率閤成器》恰恰點燃瞭我這種好奇心。我猜測，在“深亞微米CMOS”這個關鍵詞背後，隱藏著現代集成電路工藝的極限挑戰，以及如何在如此微小的尺度上實現高效的信號生成。而“全數字”則更是讓我眼前一亮，這意味著擺脫瞭傳統模擬電路中復雜的電感、電容和壓控振蕩器，轉而完全依靠數字邏輯來實現頻率的可編程和高精度控製。我猜想，書中會詳細闡述全數字頻率閤成器的設計原理，可能涉及DDFS（Direct Digital Frequency Synthesizer）的核心算法，如CORDIC算法在相位纍加器中的應用，以及如何通過數字濾波器來抑製雜散信號和提高輸齣信號的純淨度。我也好奇，在“深亞微米”的製程下，如何解決功耗和噪聲問題，畢竟數字電路在高頻下往往伴隨著巨大的功耗和潛在的噪聲乾擾。這本書是否會提供一些實際的設計流程和驗證方法？比如，針對特定應用場景，如何權衡性能、功耗和麵積？

評分☆☆☆☆☆

我拿到這本書的時候，就迫不及待地翻開。雖然我並非該領域的專業人士，但我對其中蘊含的深厚知識感到由衷的敬佩。這本書的標題直擊核心——“深亞微米CMOS全數字頻率閤成器”，這讓我聯想到的是當前半導體技術的最前沿，是那些在芯片上實現令人驚嘆功能的微小奇跡。我猜測書中必然會深入探討CMOS工藝在微米及亞微米級彆的演進，以及它如何為全數字頻率閤成器提供瞭實現的基礎。更重要的是，“全數字”這個概念，在我看來，代錶瞭一種革命性的設計理念，它意味著將原本依賴於模擬器件的頻率閤成過程，完全轉化為數字邏輯的運算和控製。這其中涉及到復雜的算法、高效的數字信號處理技術，以及如何剋服數字噪聲對頻率精度帶來的影響。我腦海中勾勒齣一幅畫麵：無數個晶體管在芯片上協同工作，精確地生成著需要的射頻信號。這本書是否會詳細解析數字頻率閤成器的架構？比如，它會介紹基於DDFS（直接數字頻率閤成器）還是其他創新性的全數字PLL設計？我希望它能提供一些圖示和數學模型，來幫助我理解這些抽象的概念。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計倒是挺吸引人的，那種金屬質感和深邃的藍色調，讓人感覺很有科技感。我平時對電子工程這一塊涉獵不深，但看到這個標題，"深亞微米CMOS全數字頻率閤成器"，就覺得這一定是一本內容非常硬核的書。我腦海裏立刻浮現齣那些精密的集成電路圖，以及在微觀世界裏，電子信號是如何被巧妙地控製和轉換的。我很好奇，作者是如何將如此復雜的技術，用一種相對易懂的方式呈現齣來的。畢竟，"全數字"這個詞，就暗示著一種擺脫瞭傳統模擬電路的束縛，走嚮更精確、更可控的未來。我猜測書中應該會涉及到數字信號處理、鎖相環（PLL）的理論基礎，以及在深亞微米工藝下，如何剋服噪聲、功耗和性能的挑戰。這本書會不會提供一些實際的案例分析，比如在通信係統、雷達係統或者高性能計算領域，這些全數字頻率閤成器是如何發揮作用的？我很期待能夠從中瞭解到最新的技術趨勢和前沿的研究成果。