文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200525
中文引用格式： 區健川，蔡良偉，徐淵，等. 一種新型的采用電流轉向電荷泵的快速鎖定小數分頻鎖相環[J].電子技術應用，2020，46(12)：61-66.
英文引用格式： Ou Jianchuan，Cai Liangwei，Xu Yuan，et al. A new fast-locking fractional frequency division phase-locked loop using current steering charge pump[J]. Application of Electronic Technique，2020，46(12)：61-66.
0 引言
在窄帶物聯網(Narrow Band Internet of Things，NB-IoT)的片上系統(System on Chip，SoC)中，需要實現數字基帶電路和射頻(Radio Frequency，RF)電路的集成，而PLL作為時鐘恢復電路、頻率合成器、相位偏移減小電路的重要部分也被廣泛集成于SoC中。對于NB-IoT收發機模塊中，接收機需要本地頻率源振蕩頻率與發射機載波頻率之間的高度同步，所以時鐘模塊中PLL對相位噪聲和鎖定時間有嚴格的要求，以符合NB-IoT通信要求。目前對于NB-IoT的PLL主要研究方向是實現快速鎖定和低相位噪聲的頻率輸出，而且有較小的可調輸出頻率步進和低電壓工作以滿足功耗要求[1]。
在文獻[2]中，為加快鎖定時間設計了一種特性結構的電荷泵。當鎖相環開始跟蹤頻率和相位時，這種電荷泵輸出時的電流和鎖相環帶寬會相對減少，以加快鎖定時間，但并沒有進行對壓控振蕩器(Voltage Controlled Oscillator，VCO)優化。對于設計低相位噪聲的PLL來看，優化VCO是必不可少的，在文獻[3]中，設計了用于鎖相環的電流饑餓型COMS VCO，從而大大降低輸出噪聲，能有效提高鎖相環的穩定性。
對于小數分頻部分，文獻[4]中通過對比四種傳統的DSM(MASH3、MASH4、SLDSM4、SLDSM5)，從相位噪聲、分數階激勵和設計復雜性的綜合評估中，得出最適合本設計需求的是MASH3結構。
本文針對PLL在RF電路中低噪聲和快速鎖定等應用，提出了一款電流轉向電荷泵技術實現快速鎖定鎖相環的方法。同時參考了文獻[5]的VCO結構，增加輸出緩存單元以獲得更低的相位噪聲。在整數分頻的基礎上，又加入了MASH3結構的數字DSM模塊，使鎖相環實現了小數分頻的功能。
在NB-IoT芯片的收發機中，鎖相環除了提供基帶的工作頻率外，還要為發射機和接收機提供符合NB-IoT通信要求的890 MH~1 780 MHz的本振頻率。本文所設計的鎖相環能在工作電壓1.5 V和參考頻率26 MHz下，輸出頻率范圍0.8 GHz~2.0 GHz，頻率步進為396 Hz，并且具有低噪聲(-78 dBc/Hz@1MHz)和快速鎖定時間(少于2.0 μs)的優點。
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作者信息:
區健川1，蔡良偉1，徐 淵2，陳 享1，廖嘉雯1
(1.深圳大學 電子與信息工程學院，廣東 深圳518600；2.深圳技術大學 大數據與互聯網學院，廣東 深圳518600)