杨沛霖
个人简介
随着人口老龄化的发展和人们知识水平的提高,人们对自己健康问题的关注与日俱增,但与此矛盾的是社会可以使用的医疗资源有限以及成本较高。而利用新技术新方法提高医疗资源利用效率,降低使用成本是一个较为可行的方法。医疗平台与无线终端和移动网络相结合的无线医疗系统通过无线终端的使用极大地方便了医生和患者之间的交互,提高了诊断的时效性、效率和准确率。其中无线终端需要负责长期和实时地采集患者的各项体征信息,进行处理并传输给医生,或者按照医生的诊断对病人患病部位进行治疗,而这些操作都需要其中的无线数据收发模块参与。无线数据收发模块中的一个重要的组成部分就是频率综合器,其产生的一个稳定载频被用来实现发射数据的加载或者接收数据的解调。而随着无线终端上应用需求的丰富,在终端尺寸和电池容量不能随之增加的情况下,频率综合器应当在满足性能要求的同时功耗尽量降低,同时制造工艺带来的漏电和低电源电压问题也是频率综合器设计需要解决的。 本设计着重于解决电荷泵锁相环中存在的漏电问题,环路滤波器处的漏电不止在输出时钟中产生杂散分量,还会增加输出噪声。本设计通过反馈时钟的相位差检测漏电,在环路滤波器处补偿其漏电。设计中使用数模混合的漏电补偿支路设计提高了漏电补偿的精度,同时使用通过负电阻的形式实现环路滤波器部分漏电流的补偿,提高了分数分频时漏电补偿的效果,通过补偿流程控制完成电路启动时的前台自动补偿。锁相环使用的环形振荡器电路通过选择结构和晶体管尺寸的调节优化了噪声和功耗,并通过增加旁路支路提高了模拟控制端的调节范围。设计中使用了MASH111型ΔΣ调制器实现分数分频,为了减小实现分数分频时引入的量化噪声,电路中使用了多相选择器选择振荡器四个输出时钟之一作为反馈时钟,通过减小量化台阶大小的方式减小产生的量化噪声。本课题所设计的低功耗频率综合器在TSMC 65nm工艺下完成设计并进行流片,锁相环电路面积为0.286mm×0.244mm。通过对电路版图进行仿真,电路工作在分数分频,输出频率为411MHz时1MHz频偏处相位噪声-96.14dBc/Hz,参考杂散-60dBc,设计的漏电补偿电路降低了约17.7dB杂散大小,有效地实现了降低漏电和因此引起的杂散的功能。电路整体的功耗约1mW,其中补偿支路功耗约60μW,电路满足设计要求。