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芯片设计中的数字控制振荡器与全数字PLL.docx
资料介绍
全数字PLL（ADPLL）使用数字电路替代模拟PLL中的PFD、电荷泵、环路滤波器和VCO，在先进工艺中具有工艺可移植性、可配置性和可测试性等优势。ADPLL的核心是数字控制振荡器（DCO）和时间数字转换器（TDC），在数字域实现频率锁定和相位调节。本文将从ADPLL架构、DCO设计、TDC设计、数字环路滤波器、Σ-Δ调制、锁定检测以及设计实例等方面，系统阐述全数字PLL的设计方法。
ADPLL架构
ADPLL在数字域完成所有环路控制功能，输出由DCO生成。
1. ADPLL结构：ADPLL由TDC（测量参考时钟和反馈时钟的相位差）、数字环路滤波器（计算控制字）和DCO（根据控制字生成输出频率）组成。ADPLL中所有信号处理在数字域实现，没有模拟PLL中的电荷泵、模拟环路滤波器和VCO。
2. ADPLL优势：ADPLL的优势包括：工艺可移植性（数字电路可方便地移植到新工艺）、可配置性（环路带宽、锁定时间可编程）和可测试性（数字接口可访问内部状态）。
3. ADPLL挑战：ADPLL的挑战包括：TDC的分辨率限制带内相位噪声、DCO的分辨率限制频率精度和量化噪声影响PLL的相位噪声。
DCO设计
DCO在ADPLL中由数字控制字调整振荡频率，替代模拟VCO。
1. LC-DCO：LC-DCO使用电感、变容管和开关电容阵列，通过数字控制字调整电容阵列的接入值，改变振荡频率。LC-DCO的相位噪声低，但调谐范围受限于变容管的电容变化率。
2. 环形DCO：环形DCO使用数字控制字调整延迟单元的偏置电流或负载电容，改变振荡频率。环形DCO的调谐范围宽，面积小，但相位噪声差于LC-DCO。
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