CMOS鎖相環(huán)設(shè)計(jì):從電路到結(jié)構(gòu) [美]畢查德·拉扎維
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- 作者：[美]畢查德·拉扎維
- 出版時(shí)間：2025/4/1
- ISBN：9787111772798
- 出 版 社：機(jī)械工業(yè)出版社
- 中圖法分類：TN432.02
- 頁(yè)碼：
- 紙張：膠版紙
- 版次：
- 開本：16開
本書基于廣泛應(yīng)用的CMOS鎖相環(huán)（PLL）設(shè)計(jì)，首先通過(guò)直觀的方式展示理論概念，并逐步建立更為實(shí)用的系統(tǒng)；其次詳細(xì)闡述振蕩器、相位噪聲、模擬鎖相環(huán)、數(shù)字鎖相環(huán)、射頻頻率綜合器、延遲鎖定環(huán)、時(shí)鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)電路以及分頻器等重要主題；然后特別介紹高級(jí)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下的高性能振蕩器設(shè)計(jì)；最后通過(guò)廣泛使用電路仿真來(lái)講述設(shè)計(jì)要領(lǐng)，突出設(shè)計(jì)實(shí)踐的重要性。本書提供了200多個(gè)引人深思的示例來(lái)說(shuō)明設(shè)計(jì)方法和常見陷阱。本書可作為集成電路工程技術(shù)人員的案頭工具書以及相關(guān)專業(yè)學(xué)生的參考書，以加深對(duì)鎖相環(huán)設(shè)計(jì)的理解，提高設(shè)計(jì)能力。
本書是由知名專家Behzad Razavi撰寫的CMOS鎖相環(huán)著作，條理清晰且系統(tǒng)地講解了廣泛應(yīng)用的現(xiàn)代CMOS鎖相環(huán)的相關(guān)知識(shí)，目的是使讀者了解如何通過(guò)從電路級(jí)到結(jié)構(gòu)級(jí)的改進(jìn)來(lái)逐步認(rèn)識(shí)鎖相環(huán)。本書的獨(dú)特之處在于，本書廣泛使用仿真來(lái)講授電路設(shè)計(jì)的理論研究與實(shí)踐之間的一致性。本書首先介紹了振蕩器基礎(chǔ)、抖動(dòng)和相位噪聲等基礎(chǔ)知識(shí)；其次研究了基于反相器的環(huán)形振蕩器、差分多相環(huán)形振蕩器和LC振蕩器的設(shè)計(jì)，以及高級(jí)振蕩器概念；然后討論了基本鎖相環(huán)架構(gòu)、鎖相環(huán)設(shè)計(jì)考慮、鎖相環(huán)設(shè)計(jì)研究、數(shù)字鎖相環(huán)、延遲鎖定環(huán)等鎖相環(huán)相關(guān)內(nèi)容；最后介紹了射頻頻率綜合器、時(shí)鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)基礎(chǔ)知識(shí)及原理、分頻器等應(yīng)用。
如果通過(guò)網(wǎng)絡(luò)搜索，讀者可以很快找到有關(guān)鎖相環(huán)設(shè)計(jì)的書籍，那么為什么還需要本書呢？本書基于電路級(jí)到結(jié)構(gòu)級(jí)的改進(jìn)，條理清晰且系統(tǒng)地講解了廣泛應(yīng)用的現(xiàn)代CMOS鎖相環(huán)的相關(guān)知識(shí)，以使讀者逐步認(rèn)識(shí)和了解鎖相環(huán)。本書基于作者30年相關(guān)課程的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)以及行業(yè)的最新發(fā)展趨勢(shì)，內(nèi)容涉及振蕩器、相位噪聲、模擬鎖相環(huán)、數(shù)字鎖相環(huán)、射頻頻率綜合器、延遲鎖相環(huán)、時(shí)鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)電路以及分頻器。目標(biāo)是在保持知識(shí)連貫性的基礎(chǔ)上，為更多的讀者提供幫助。本書從最簡(jiǎn)單的CMOS鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)開始講解它的工作原理及優(yōu)缺點(diǎn)，然后再講解如何通過(guò)添加一些組件來(lái)提高其性能。這種方法能夠使讀者清楚地認(rèn)識(shí)到一個(gè)基本的CMOS鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)是如何演變?yōu)橐粋�(gè)復(fù)雜系統(tǒng)的。本書在奠定了相關(guān)理論基礎(chǔ)之后，逐步介紹了設(shè)計(jì)流程和如何進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。并非所有的設(shè)計(jì)嘗試都會(huì)成功。在本書中，讀者可以清楚地看到一些設(shè)計(jì)決策是如何導(dǎo)致失敗的，以及我們是怎樣修改這些決策來(lái)達(dá)成一個(gè)新的且更實(shí)際的解決方案的。這種探索不僅使學(xué)習(xí)過(guò)程更加令人興奮，而且有助于讀者了解為什么某些組件是必需的，是哪些條件決定了其選擇，而哪些是不該做的。本書廣泛使用仿真來(lái)講授電路設(shè)計(jì)的理論研究與實(shí)踐之間的一致性。對(duì)于每個(gè)設(shè)計(jì)，本書都通過(guò)基礎(chǔ)理論分析來(lái)選擇某些器件參數(shù)并預(yù)測(cè)性能，然后再對(duì)電路進(jìn)行仿真。如果仿真結(jié)果與預(yù)測(cè)結(jié)果不一致，那么我們將深入研究細(xì)節(jié)并確定原因。本書還將不同領(lǐng)域的廣泛知識(shí)歸于一處，將一個(gè)領(lǐng)域（例如無(wú)線技術(shù)）的概念轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋�(gè)領(lǐng)域（例如有線通信）的概念。
畢查德·拉扎維（Behzad Razavi）于1988年和1992年在美國(guó)斯坦福大學(xué)電子工程系獲得理學(xué)碩士和博士學(xué)位，現(xiàn)為美國(guó)加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校電氣工程系的教授。他獲得過(guò)眾多的教育獎(jiǎng)，包括2006年的洛克希德馬丁杰出教學(xué)獎(jiǎng)、2007年的UCLA杰出教學(xué)獎(jiǎng)、2014年的美國(guó)工程教育學(xué)會(huì)PSW教學(xué)獎(jiǎng)、2017年的IEEE CAS John Choma教育獎(jiǎng)等。他曾在AT&T貝爾實(shí)驗(yàn)室工作，隨后又受聘于惠普實(shí)驗(yàn)室。他是美國(guó)國(guó)家工程院院士和IEEE協(xié)會(huì)會(huì)士。
譯者序前言致謝第1章振蕩器基礎(chǔ)11.1振蕩系統(tǒng)的基本組成11.2振蕩反饋系統(tǒng)21.3深入理解31.4基本環(huán)形振蕩器71.5基本LC振蕩器101.5.1LC電路101.5.2LC振蕩器作為反饋系統(tǒng)131.5.3LC振蕩器作為單端系統(tǒng)181.6壓控振蕩器211.7本章附錄23習(xí)題24參考文獻(xiàn)25第2章抖動(dòng)和相位噪聲262.1噪聲的簡(jiǎn)單回顧262.1.1時(shí)域和頻域的噪聲262.1.2器件噪聲272.1.3噪聲的傳播282.1.4噪聲的平均功率292.1.5噪聲頻譜的近似292.1.6噪聲隨時(shí)間的積累302.2抖動(dòng)和相位噪聲的基本概念302.2.1抖動(dòng)312.2.2相位噪聲332.2.3窄帶FM近似的局限性362.2.4抖動(dòng)和相位噪聲的關(guān)系372.2.5抖動(dòng)的類型382.3相位噪聲與功耗的折中392.4相位噪聲的基本機(jī)制402.4.1相位噪聲與頻率噪聲402.4.2環(huán)形振蕩器412.4.3LC振蕩器422.5抖動(dòng)對(duì)性能的影響432.6相位噪聲對(duì)性能的影響44習(xí)題45參考文獻(xiàn)46第3章基于反相器的環(huán)形振蕩器設(shè)計(jì)473.1環(huán)形振蕩器中的相位噪聲473.2初始設(shè)計(jì)思想523.3獲得期望頻率533.3.1更大的節(jié)點(diǎn)電容533.3.2更多的級(jí)數(shù)533.3.3更長(zhǎng)的晶體管溝道長(zhǎng)度543.3.4分頻553.4相位噪聲的考慮因素553.4.1晶體管噪聲仿真563.4.2振蕩器參考相位噪聲573.4.3第一種2 GHz振蕩器相位噪聲593.4.4第二種2 GHz振蕩器相位噪聲593.4.5第三種2 GHz振蕩器相位噪聲593.4.6第四種2 GHz振蕩器相位噪聲603.5頻率調(diào)諧613.5.1調(diào)諧的考慮因素613.5.2連續(xù)調(diào)諧與離散調(diào)諧623.5.3通過(guò)可變電阻實(shí)現(xiàn)調(diào)諧633.5.4通過(guò)可變電容實(shí)現(xiàn)調(diào)諧673.6離散頻率調(diào)諧693.7電源噪聲問(wèn)題713.7.1電壓調(diào)節(jié)723.7.2電流調(diào)節(jié)72習(xí)題74參考文獻(xiàn)75第4章差分多相環(huán)形振蕩器設(shè)計(jì)764.1一般考慮因素764.2相位噪聲考慮因素774.3基本差分環(huán)形振蕩器設(shè)計(jì)794.3.1初始設(shè)計(jì)794.3.2設(shè)計(jì)改進(jìn)814.4獲得期望頻率834.4.1方法1：更大的節(jié)點(diǎn)電容834.4.2方法2：更大的晶體管834.4.3方法3：更多的級(jí)數(shù)844.5兩級(jí)環(huán)形振蕩器864.5.1基本思想864.5.2設(shè)計(jì)示例894.6線性縮放904.7調(diào)諧技術(shù)904.7.1電阻調(diào)諧904.7.2變?nèi)荻䴓O管調(diào)諧914.7.3級(jí)數(shù)調(diào)諧924.8基于反相器的環(huán)形振蕩器與差分環(huán)形振蕩器的比較934.9基于反相器的具有互補(bǔ)或正交輸出的振蕩器934.9.1耦合振蕩器934.9.2相位噪聲考慮因素944.9.3直接正交產(chǎn)生954.9.4插值正交產(chǎn)生974.10帶LC負(fù)載的環(huán)形振蕩器98習(xí)題99參考文獻(xiàn)101第5章LC振蕩器設(shè)計(jì)1025.1電感建模1025.2相位噪聲分析1065.2.1一個(gè)簡(jiǎn)單案例1065.2.2周期平穩(wěn)噪聲1085.2.3交叉耦合對(duì)的噪聲注入1105.2.4相位噪聲的計(jì)算1135.3尾噪聲1155.3.1尾熱噪聲1155.3.2尾閃爍噪聲1175.4尾電容的影響1195.5設(shè)計(jì)步驟1195.5.1初始想法1195.5.2設(shè)計(jì)示例1205.5.3頻率調(diào)諧1245.5.4振蕩器設(shè)計(jì)步驟總結(jié)130習(xí)題131參考文獻(xiàn)132第6章高級(jí)振蕩器1336.1通過(guò)脈沖響應(yīng)進(jìn)行相位噪聲分析1336.1.1相位脈沖響應(yīng)1336.1.2閃爍噪聲的影響1376.1.3周期平穩(wěn)噪聲1386.2電流限制與電壓限制相位噪聲1386.3含互補(bǔ)交叉耦合對(duì)的振蕩器1396.3.1設(shè)計(jì)問(wèn)題1406.3.2設(shè)計(jì)示例1416.4C類振蕩器1446.5分頻降低相位噪聲1456.6正交產(chǎn)生技術(shù)1476.6.1分頻1476.6.2正交LC振蕩器147習(xí)題155參考文獻(xiàn)156第7章基本鎖相環(huán)架構(gòu)1577.1鑒相器1577.2基于反饋的相位控制1587.3簡(jiǎn)單PLL的分析1607.3.1靜態(tài)行為1607.3.2倍頻1617.3.3動(dòng)態(tài)行為1617.3.4PLL傳遞函數(shù)1647.3.5簡(jiǎn)單PLL的缺點(diǎn)1677.4鑒頻鑒相器1687.5電荷泵PLL1707.5.1電荷泵1707.5.2PFD/CP/電容級(jí)聯(lián)1707.5.3基礎(chǔ)電荷泵PLL1717.5.4PFD/CP/電容級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的傳遞函數(shù)1717.5.5相位裕度的計(jì)算1767.6高階環(huán)路1787.7基本電荷泵結(jié)構(gòu)1817.8建立時(shí)間182習(xí)題182參考文獻(xiàn)183第8章鎖相環(huán)設(shè)計(jì)考慮1848.1PLL傳遞函數(shù)的進(jìn)一步解釋1848.2PFD 問(wèn)題1878.3電荷泵問(wèn)題1888.3.1Up和Down偏差1888.3.2電壓耐受性與溝道長(zhǎng)度調(diào)制1888.3.3隨機(jī)失配1908.3.4時(shí)鐘饋通和電荷注入1908.3.5其他電荷泵的非理想性因素1908.4改進(jìn)型電荷泵1918.5帶有離散VCO調(diào)諧的PLL1938.6利用采樣濾波器的紋波抑制1938.7環(huán)路濾波器漏電流1948.8減小濾波器電容量1958.9帶寬和雜散水平之間的權(quán)衡1958.10PLL中的相位噪聲1968.10.1輸入相位噪聲整形1978.10.2VCO相位噪聲整形1988.10.3電荷泵噪聲2018.10.4環(huán)路濾波器噪聲2038.10.5電源噪聲204習(xí)題205參考文獻(xiàn)206第9章鎖相環(huán)設(shè)計(jì)研究2079.1設(shè)計(jì)流程2079.2鑒頻鑒相器設(shè)計(jì)2089.3電荷泵設(shè)計(jì)2089.3.1第一個(gè)CP設(shè)計(jì)2089.3.2第二個(gè)CP設(shè)計(jì)2119.3.3第三個(gè)CP設(shè)計(jì)2129.3.4第四個(gè)CP設(shè)計(jì)2129.3.5PFD/CP接口2139.4PLL的行為仿真2149.4.1環(huán)路簡(jiǎn)化2149.4.2環(huán)路動(dòng)態(tài)行為2169.4.3紋波的影響2169.5PLL傳遞函數(shù)的仿真2179.5.1單極點(diǎn)近似2179.5.2使用調(diào)頻輸入源2179.5.3使用隨機(jī)相位調(diào)制2199.6VCO相位噪聲的影響2209.6.1VCO相位噪聲模型2209.6.2VCO相位噪聲抑制2219.7環(huán)路濾波器噪聲2229.8參考頻率加倍2229.8.1倍頻器設(shè)計(jì)2229.8.2倍頻問(wèn)題2239.8.3帶倍頻參考頻率的PLL設(shè)計(jì)2249.8.4PLL仿真2249.9反饋分頻器設(shè)計(jì)2249.9.1結(jié)構(gòu)選擇2259.9.2分頻器電路設(shè)計(jì)2269.10使用鎖定檢測(cè)器進(jìn)行校準(zhǔn)2269.11設(shè)計(jì)總結(jié)228習(xí)題229參考文獻(xiàn)229第10章數(shù)字鎖相環(huán)23010.1基本思想23010.2ADC基礎(chǔ)知識(shí)23110.2.1量化23110.2.2快閃型ADC23210.2.3插值法23310.3時(shí)間-數(shù)字轉(zhuǎn)換23310.3.1基礎(chǔ)TDC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)23310.3.2量化噪聲的影響23510.3.3TDC的動(dòng)態(tài)范圍23610.3.4TDC的非理想性因素23710.4晶體管級(jí)TDC設(shè)計(jì)23810.5優(yōu)化的TDC24010.5.1游標(biāo)型TDC24010.5.2多路徑TDC24110.6TDC/振蕩器的組合24310.7數(shù)控振蕩器24510.7.1離散頻率值的問(wèn)題24510.7.2DAC的工作原理24610.7.3矩陣架構(gòu)24810.7.4粗調(diào)/細(xì)調(diào)DAC24910.7.5DCO的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)24910.8環(huán)路動(dòng)態(tài)模型25510.8.1數(shù)字濾波器的實(shí)現(xiàn)25510.8.2模擬和數(shù)字鎖相環(huán)之間的對(duì)應(yīng)256習(xí)題257參考文獻(xiàn)258第11章延遲鎖相環(huán)25911.1基本思想25911.2環(huán)路動(dòng)態(tài)特性26011.3延遲級(jí)數(shù)的選擇26111.4非理想性因素的影響26211.4.1PFD/CP的非理想性因素26211.4.2電源噪聲26211.4.3相位噪聲26311.5多個(gè)相位的產(chǎn)生26411.6倍頻DLL26611.6.1基本拓?fù)?6611.6.2設(shè)計(jì)問(wèn)題分析26811.6.3倍頻在錯(cuò)誤鎖定檢測(cè)中的應(yīng)用26911.7DLL/PLL的混合26911.8相位插值27111.9高速PD設(shè)計(jì)27311.10占空比校正274習(xí)題275參考文獻(xiàn)276第12章射頻頻率綜合器27712.1射頻頻率綜合器的要求27712.2整數(shù)N頻率綜合器27812.3分?jǐn)?shù)N頻率綜合器27912.3.1模數(shù)隨機(jī)化需求28012.3.2噪聲整形28312.3.3離散時(shí)間模型28612.3.4ΔΣ分?jǐn)?shù)N頻率綜合器28812.3.5高階ΔΣ調(diào)制器28912.4分?jǐn)?shù)N環(huán)路中的非線性29412.4.1電荷泵非線性29512.4.2電荷泵建立行為29612.5量化噪聲的抑制方法29712.5.1DAC前饋29712.5.2DTC噪聲消除29912.5.3參考頻率倍頻299習(xí)題301參考文獻(xiàn)302第13章時(shí)鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)基礎(chǔ)知識(shí)30313.1一般考慮因素30313.2隨機(jī)二進(jìn)制數(shù)據(jù)的性質(zhì)30413.3邊沿檢測(cè)式時(shí)鐘恢復(fù)30613.4鎖相式時(shí)鐘恢復(fù)30813.4.1bang-bang鑒相器30913.4.2Alexander鑒相器31213.4.3Hogge鑒相器31713.5數(shù)據(jù)擺幅問(wèn)題319習(xí)題319參考文獻(xiàn)320第14章高級(jí)時(shí)鐘與數(shù)據(jù)恢復(fù)原理32114.1半速率鑒相器32114.1.1半速率bangbang鑒相器32114.1.2半速率線性鑒相器32214.2無(wú)振蕩器的CDR架構(gòu)32514.2.1基于DLL的CDR電路32514.2.2基于相位插值的CDR電路32614.2.3數(shù)字CDR電路32714.3頻率捕獲33114.4抖動(dòng)的特性33214.4.1抖動(dòng)的產(chǎn)生33214.4.2抖動(dòng)的傳遞函數(shù)33314.4.3抖動(dòng)的容限335習(xí)題337參考文獻(xiàn)338第15章分頻器33915.1一般考慮因素33915.2鎖存器設(shè)計(jì)樣式34015.2.1靜態(tài)鎖存器34015.2.2動(dòng)態(tài)鎖存器34415.3二分頻電路設(shè)計(jì)34815.4雙模預(yù)分頻器35015.5RF頻率綜合器中的分頻器設(shè)計(jì)35415.5.1脈沖吞噬分頻器35415.5.2Vaucher分頻器35515.6Miller分頻器35715.7注入鎖定分頻器35815.8分?jǐn)?shù)分頻器36015.9分頻器延遲和相位噪聲362習(xí)題363參考文獻(xiàn)364
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