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研究生: 郭信宏
Kuo, Hsin-Hung
論文名稱: 應用於802.11 WLAN 之2GHz 及5GHz CMOS 頻率合成器RFIC 之設計研究
Research on 2GHz and 5GHz CMOS Frequency Synthesizer RFICs For 802.11 WLAN
指導教授: 莊惠如
Chuang, Huey-Ru
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電機資訊學院 - 電機工程學系
Department of Electrical Engineering
論文出版年: 2004
畢業學年度: 92
語文別: 中文
論文頁數: 100
中文關鍵詞: 頻率合成器
外文關鍵詞: frequency synthesizer
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  •   本論文以TSMC 0.25um 1P5M及0.18um 1P6M CMOS製程,設計研究應用於802.11 WLAN之Integer-N頻率合成器RFIC,包含相頻偵測器、電荷幫浦、壓控振盪器及pulse-swallow counter。RFIC晶片採用打鎊線至FR-4基板上進行量測,晶片均預留PAD以單獨量測L-C tank壓控振盪器及pulse-swallow counter。壓控振盪器之設計上利用電晶體開關切換電容,使L-C tank的電容值在開關切換前後有一定程度的變化,以克服製程偏移所造成頻率偏差的影響。5GHz L-C tank壓控振盪器 (0.25um)輸出頻率在switch on時為4780~4943MHz,switch off時為4877.3~5022.3MHz,相位雜訊為-85.6dBc/Hz@100KHz;5GHz L-C tank壓控振盪器 (0.18um)輸出頻率在switch on時為4598.3~4723.7MHz,switch off時為4739.3~4858.5MHz,相位雜訊為-86.4dBc/Hz@100KHz。2GHz L-C tank壓控振盪器 (0.25um)輸出頻率為1808~1970MHz,相位雜訊為-95.1dBc/Hz@100KHz。5GHz pulse-swallow counter (0.18um)最高可操作頻率約為5.5GHz;2GHz pulse-swallow counter (0.25um)最高可操作頻率約為2.8GHz。完成之5GHz與2GHz頻率合成器晶片之量測與部份操作功能特性及發生之問題,均有完整之討論。

      This thesis presents the research on CMOS integer-N frequency synthesizer RFICs for 2GHz and 5GHz 802.11 WLAN applications. The RFICs are fabricated in a TSMC standard 0.25um and 0.18um CMOS process. A switching capacitor mechanism is used in the design of VCO to change the capacitance of the LC tank to compensate the frequency deviation due to process variation. The circuit measurement is performed using a FR-4 PCB test fixture. The 5GHz 0.25-um CMOS VCO exhibits an output frequency from 4780 to 4943MHz (switch on) and 4877.3 to 5022.3MHz (switch off), respectively, and the phase noise is –85.6dBc/Hz@100KHz. The 5GHz 0.18-um CMOS VCO exhibits an output frequency from 4598.3 to 4723.7MHz (switch on) and 4739.3 to 4858.5MHz (switch off), respectively, and the phase noise is –86.4dBc/Hz@100KHz. The 2GHz 0.25-um CMOS VCO has an output frequency from 1808 to 1970 MHz with a phase noise of –95.1dBc/Hz@100KHz. The 5-GHz pulse-swallow counter (0.18um) exhibits a maximum operation frequency of about 5.5GHz. The 2-GHz pulse-swallow counter (0.25um) exhibits a maximum operation frequency of about 2.8GHz. Detail measurement and the frequency synthesizer performance problem is presented and discussed.

    第一章 緒論 Introduction 1 1.1 研究背景與動機 1 1.2 WLAN 802.11與頻率合成器簡介 1 1.2.1 WLAN 802.11應用與規範簡介 1 1.2.2 頻率合成器型式與架構 2 1.3 論文簡介 4 第二章 CMOS頻率合成器設計理論 6 2.1 除整數頻率合成器架構與原理 6 2.2 802.11a/802.11b頻率合成器的設計 7 2.2.1 頻道規畫、參考頻率及除數選擇 7 2.2 頻率合成器系統設計分析 10 2.3 鎖相迴路相位雜訊來源 13 2.3.1 來自輸入參考訊號之相位雜訊 13 2.3.2 來自振盪器之相位雜訊 14 2.3.3 相位雜訊對鎖相迴路之影響 16 第三章 2GHz及5GHz CMOS壓控振盪器之設計 18 3.1 簡介 18 3.2 L-C諧振壓控振盪器架構分析 18 3.3 5GHz CMOS L-C tank壓控振盪器 21 3.3.1 設計與製作流程 21 3.3.2 模擬與量測結果 24 3.3.3 結果與討論 31 3.4 2GHz CMOS L-C tank壓控振盪器 (TSMC 0.25um) 32 3.4.1 設計與製作流程 32 3.4.2 模擬與量測結果 33 3.4.3 結果與討論 35 第四章 2GHz及5GHz CMOS頻率合成器之設計 36 4.1 相位偵測器/相頻偵測器設計 37 4.1.1 原理介紹 37 4.1.2 三態相頻偵測器設計與製作 40 4.1.2.1 PFD1 (0.25um) 40 4.1.2.2 PFD2 (0.18um) 44 4.2 電荷幫浦設計 45 4.2.1 原理介紹 45 4.2.2 電路設計 48 4.2.3 相頻偵測器與電荷幫浦整體模擬結果 51 4.3 除頻器設計 54 4.3.1 Pulse-swallow counter原理簡介 55 4.3.2 雙模數前置除頻器設計與製作 56 4.3.3 可程式化計數器設計與製作 60 4.3.4 Pulse-swallow counter模擬與量測結果 63 4.3.5 結果與討論 68 4.4 迴路濾波器設計 70 4.4.1 原理簡介 70 4.4.2 元件選擇與規畫 74 4.5 閉迴路特性模擬(使用Simulink) 74 4.6 頻率合成器特性量測 78 4.7 結果與討論 84 第五章 結論 87 參考文獻 89 附錄A L-C諧振振盪器相位雜訊 91 A.1 相位雜訊之定義 91 A.2 相位雜訊模型 93 附錄B MC12210頻率合成器模組 97 B.1 Motorola MC12210架構簡介 97 B.2 除四電路: Hittite HMC365S8G 99 B.3 MC12210頻率合成器模組 100

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    下載圖示 校內:2005-08-12公開
    校外:2005-08-12公開
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