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研究生: 王嘉仁
Wang, Chia-Jen
論文名稱: 應用於數位電視寬頻調諧器及數位音訊廣播接收機之CMOS頻率合成器的設計研究
Research on CMOS Frequency Synthesizers for DTV Broadband RF Tuner and DAB Receiver Applications
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 - 電機工程學系碩士在職專班
Department of Electrical Engineering (on the job class)
論文出版年: 2004
畢業學年度: 92
語文別: 中文
論文頁數: 144
中文關鍵詞: 頻率合成器接收機調諧器數位音訊廣播數位電視
外文關鍵詞: frequency synthesizer, receiver, tuner, DAB, DTV
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  • 本論文以TSMC 0.25μm 1P5M及0.35μm 1P4M CMOS製程,來設計應用於數位電視寬頻調諧器及數位音訊廣播接收機之頻率合成器RFIC。頻率合成器規畫上,數位電視寬頻調諧器所使用之射頻頻段為48~860MHz,升頻後之第一中頻選定為1489MHz,本地振盪為1489~2349MHz。數位音訊廣播接收機中L-Band射頻頻段為1452~1492MHz,中頻選定為172~212MHz,本地振盪訊號為固定1280MHz;而降頻至第一中頻後,再利用一VHF-Band頻率合成器將第一中頻訊號再降頻至第二中頻43MHz。
    RFIC晶片採用打鎊線至PCB上進行量測。數位電視寬頻壓控振盪器(0.25μm)量測特性為:在控制電壓為1.1~2.5V時,輸出頻率為1907~2359MHz;可調頻率範圍為452MHz,相位雜訊為-97dBc/Hz@100KHz;數位音訊廣播L-Band降頻器之鎖相迴路本地振盪器(0.25μm) 量測特性為:輸出頻率1239MHz,相位雜訊-107dBc/Hz@100KHz,除數128除頻器之可除頻率範圍為80MHz到3GHz;數位音訊廣播VHF-Band頻率合成器(0.35μm)量測所得輸出頻率為33.1MHz~4.08MHz,可程式除頻器可除頻數目為2150 ~2550,可除頻率範圍為20MHz~750MHz。
    本論文並另有設計0.18-μm CMOS製程之使用開關切換2.4/5.7GHz雙頻帶壓控振盪器及數位電視調諧器寬頻壓控振盪器(列於附錄)。雙頻帶VCO輸出頻率為4723~4808MHz及2277~2556MHz (相位雜訊約-93.6dBc/Hz 及 -100dBc/Hz @100kHz)。寬頻DTV VCO 輸出頻率為1354~2076MHz,相位雜訊約為-100.7dBc/Hz @100kHz,經buffer amp輸出的功率最高約為7.8dBm。

    This thesis presents the development of CMOS frequency synthesizer RFICs for the DTV broadband RF tuner and DAB receiver applications. The RFICs are fabricated in TSMC standard 0.25m and 0.35m CMOS process. The circuit measurement is performed using a FR-4 PCB test fixture. The RF frequency to the DTV tuner ranging from from 48 to 860 MHz is up-converted to a 1489MHz first IF and the LO is from 1489 to 2349MHz. The designed DTV broadband CMOS frequency synthesizer (0.25μm) has an output frequency from 1907 to 2359MHz with a phase noise of -97dBc/Hz@100KHz. The RF of L-band DAB receiver is from 1452 to 1492 MHz, with a PLO is at 1280MHz, the first IF is from 172 to 212MHz. With a VHF frequency synthesizer for channel selection, the first IF is down-converted to the second IF at 43MHz. The designed DAB CMOS PLO (0.25μm) has an output frequency at 1239 MHz with a phase noise of -107dBc/Hz@100KHz. The designed VHF CMOS frequency synthesizer (0.35μm) has an output frequency from 33.1MHz to 4.08MHz. The programmable divider has a dividing ratio from 2150 to 2550.
    In the appendix, a 2.4/5.7GHz dual-band 0.18-m CMOS VCO with switched tuning and a 0.18-m broadband CMOS VCO for DTV tuner application is presented. The dual-band VCO has an output frequency from 4723MHz to 4808MHz and 2277MHz to 2556MHz with a phase noise of -93.6dBc/Hz and -100dBc/Hz @100kHz, respectively. The broadband DTV VCO has an output frequency from 1354 MHz to 2076MHz with a phase noise of -100.7dBc/Hz @100kHz and an output power of 7.8dBm with a buffer amplifier.

    第一章 緒論 1.1 研究背景和動機 1 1.2 數位電視廣播系統簡介[1] 2 1.2.1 數位電視標準 2 1.2.2 歐洲各國推動數位電視地面廣播的現況 7 1.2.3 美國推動電視數位化的現況 9 1.2.4 中國的電視數位化現況 11 1.3 數位音訊廣播系統簡介 12 1.4 數位電視調諧器及數位音訊廣播接收機簡介 16 1.4.1 數位電視接收機中之調諧器模組 16 1.4.2 DAB接收機中之降頻器模組[3] 20 1.5 論文簡介 21 第二章 PLL鎖相迴路與頻率合成器基本理論 2.1 簡介 22 2.1.1 鎖相迴路與頻率合成器基本理論 22 2.2 相位/頻率偵測器( PFD ) 23 2.2.1 相位偵測器(Phase Detector, PD) 23 2.2.2 相位/頻率偵測器(Phase/Frequency Detector, PFD) 24 2.3 電荷幫浦(charge pump) 27 2.3.1 電荷幫浦簡介 27 2.3.2 電荷幫浦動作原理 28 2.4 電壓控制振盪器(VCO) 31 2.4.1 CMOS壓控振盪器原理 31 2.4.2 LC諧振(LC-tank)振盪器 32 2.4.3 環型振盪器(ring oscillator) 38 2.5 輸出緩衝放大器(output buffer amplifier) 39 2.6 除頻器(divider) 40 2.7 迴路濾波器 43 2.8 相位雜訊(phase noise) 46 2.8.1 相位雜訊的定義 46 2.8.2 振盪器的相位雜訊分析[18][19][20] 49 2.9 鎖相迴路相位雜訊來源分析 60 2.9.1 相位雜訊來自輸入參考訊號 60 2.9.2 相位雜訊來自VCO 62 第三章 應用於數位電視調諧器之寬頻CMOS頻率合成器 3.1 簡介 63 3.2 數位電視調諧器之寬頻CMOS頻率合成器架構 65 3.3 設計原理與製作流程 67 3.3.1 相位頻率偵測器(PFD) 67 3.3.2 電荷幫浦(charge pump) 69 3.3.3 電壓控制振盪器(VCO) 70 3.3.4 除頻器與串列轉並列介面 72 3.4 模擬與量測結果 75 3.4.1 頻率相位偵測器與電荷幫浦 75 3.4.2 除頻器與串列轉並列介面 77 3.4.3 電壓控制振盪器與整體頻率合成器 78 3.5 數位電視寬頻調諧器射頻前端整合量測 83 3.6 結果與討論 90 第四章 應用於數位音訊廣播接收機之L頻帶鎖相迴路本地振盪器及VHF頻帶頻率合成器 4.1 簡介 93 4.2 1280MHz CMOS鎖相迴路本地振盪器 94 4.2.1 電壓控制振盪器 95 4.2.2 除頻器 97 4.2.3 迴路濾波器 98 4.2.4 模擬與量測結果 99 4.2.5 結果與討論 103 4.3 Cell-base之晶片設計與製作流程 105 4.3.1 硬體描述語言(Hardware Descript Language, HDL) 105 4.3.2 電路合成(Synthesis) 109 4.3.3 平面佈局與繞線 112 4.3.4 佈局驗證與模擬 113 4.4 VHF頻帶CMOS頻率合成器 114 4.4.1 電壓控制振盪器 115 4.4.2 除頻器 117 4.4.3 模擬與量測結果 120 4.4.4 結果與討論 125 第五章 結論 126 參考文獻 128 附錄A 使用開關切換之2.4/5.7GHz雙頻帶0.18 -µm CMOS壓控振盪器 A.1 簡介 131 A.2 設計流程 132 A.3 模擬與量測結果 134 A.4 結果與討論 138 附錄B 應用於數位電視調諧器之寬頻 0.18 -µm CMOS 壓控振盪器 B.1 簡介 139 B.2 設計流程 139 B.3 模擬與量測結果 142 B.4 結果與討論 142

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    下載圖示 校內:2005-09-07公開
    校外:2006-09-07公開
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