FPGA内嵌200MHz低噪声锁相环时钟发生器

FPGA器件在通信、消费类电子等领域应用越来越广泛，随着FPGA规模的增大、功能的加强对时钟的要求也越来越高。在FPGA中嵌入时钟发生器对解决该问题是一个不错的选择。本论文首先，描述并分析了电荷泵锁相环时钟发生器的体系结构、组成单元及各单元的非理想特性；然后讨论并分析了电荷泵锁相环的小信号特性和瞬态特性；并给出了电荷泵锁相环器件参数的计算表达式。其次，研究了环形振荡器和锁相环的相位噪声特性。由于噪声性能是时钟发生器设计中的关键指标，本工作对此进行了较为详细的分析。相位噪声和抖动是衡量时钟信号的两个主要指标。文中从理论上推导了一阶锁相环的噪声特性，并建立了由噪声分析抖动和由抖动分析噪声的解析表达式关系，并讨论了环路低噪声设计的基本原则。在前面讨论和分析的基础上，利用Hynix0.35umCMOS工艺设计了200MHz电荷泵锁相环时钟发生器，并进行了仿真。设计中环形振荡器的延迟单元采用replica偏置结构，把延迟单元输出摆幅限定在确定范围，尾电流源采用cascode结构，增强电路对电源和衬底噪声的抑制作用。通过增加限流管，改善电荷泵中的开关的非理想特性。