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第29卷第4期半导体学报犞狅犾.29犖狅.4 2008年4月犑犗犝犚犖犃犔犗犉犛犈犕犐犆犗犖犇犝犆犜犗犚犛犃狆狉.,2008 频率综合器中低功耗高速多模分频器设计的 “时间借用”方法 袁泉1,2杨海钢1,董方源1,2钟伦贵1,2 (1中国科学院电子学研究所,北京100190) (2中国科学院研究生院,北京100049) 摘要:提出一种基于“时间借用”方法的相位切换型多模高速分频器,新型的相位切换控制策略有效地减少相位切换控制 环路的延时,使得多模分频器在较低的电源电压下仍能在较高的输入频率下工作,同时获得最大可分频模数.本文设计的 多模分频器采用035μ犿标准犆犕犗犛工艺流片.测试结果表明,该多模分频器能够在25犞电源电压下对24犌犎狕输入信 号进行48到64分频,所消耗的最大功耗仅为4.85犿犠,与近来报道的犆犕犗犛多模分频器相比,进一步降低了功耗速度比. 关键词:多模分频器;相位切换;低功耗;时间借用 犈犈犃犆犆:1265犅 中图分类号:犜犖433文献标识码:犃文章编号:02534177(2008)04079406 1,分频比由4变成5.这种方法的主要缺点是在相位切 1引言换时可能会产生毛刺.图2给出了正确的(情况1)和错 误的(情况2)相位切换时序图.如果在点犪将犉4从Ф1 相比传统的手持移动通信等无线应用领域,无线传切换到Ф2,这里Ф1和Ф2有相同的电平(情况1),那么 [1,2] 感器网络系统对功耗的要求更为苛刻.超低功耗的瞬时的分频比由4增加到5.如果在点犫将犉4从Ф1切 犆犕犗犛单芯片射频收发电路设计,是当前无线传感器网换到Ф2,这里Ф1和Ф2电平不同(见情况2),输出将会 络实用化的瓶颈.由于频率综合器是整个射频收发电路产生毛刺. 消耗功耗的主要部分,因此设计超低功耗的频率综合器参考文献[8]提出一种“重定时”电路来同步相位切 显得尤为重要.压控振荡器(犞犆犗)和高速多模分频器换的输入信号,但这种方法增加了电路的复杂性和功 (犿狌犾狋犻犿狅犱狌犾狌狊犱犻狏犻犱犲狉)是频率综合器中直接工作在射耗,限制了相位切换技术的应用.参考文献[9]通过改变 频频率下的两个模块,这两种器件的功耗占整个频率综相位切换的方向,将犉4顺时针地(如图3所示)从一个 合器功耗的50%以上.在标准犆犕犗犛工艺下,虽然已有相位切换到另一个相位,相当于将瞬时的分频比减1, 关于低功耗犞犆犗的报道[3,4],可是,低功耗高速多模分分频比由4变成3,这样可以消除相位切换时的毛刺.虽 频器的设计却较难实现.然这种顺时针相位切换方法结构简单,也不引入额外的 传统的多模分频器多采用几个双模同步分频器级功耗,但它增加了进行相位连续切换的难度.因为顺时 联的方式构成[5,6],整个多模分频器的分频模数通过选针切换时犉4的周期为3个射频信号周期,而逆时针切 择每个双模同步分频器的分频模数来完成.双模同步分换时犉4的周期为5个射频信号周期.要进行连续的相 频器中包含多个全功能的犇触发器,级联中的第一个位切换,采用顺时针相位切换方法,就要求相位切换控 双模同步分频器的所有犇触发器都直接工作在射频频制环路在较短的时间间隔内准备好相位切换的控制信 率下,因此消耗功耗较大,这是传统方案的主要问题.而号,并通过相位选择器选择一个正确的相位信号输出到 采用相位切换技术[7]实现的双模异步分频器包含两个犉4.针对这个问题,本文提出一种基于“时间借用”方法 级联的2分频触发器,仅第一个触发器工作在最高输入的相位切换控制策略,它能显著地减少相位切换控制环 频率下,第二个主从触发器工作在1/2输入频率,并产路的延时,使得采用顺时针相位切换方法也可以进行连 生4个在相位上相互间隔90°的正交信号.在时间上,这续的相位切换操作,进而实现最大可分频模数的多模分 4个信号每一个都落后于另一个信号一个射频信号频器.减少相位切换控制环路延时的另一重要意义是, (犉犻狀)周期.在任意时刻,4个信号中仅有一个信号通过可以降低多模分频器的工作电压,进而降低整个多模分 相位选择器(狆犺犪狊犲狊犲犾犲犮狋狅狉)连接到信号犉4,如图1所频器的功耗.因为相位切换控制环路的延时是限制相位 示.在图1中,通过相位切换控制信号(犆犗犖)来控制相切换型多模分频器工作频率的主要原因,减少了相位切 位选择器是否对信号犉4进行相位切换.如果保持犉4连换控制环路的延时,就可以使得多模分频器在相同频率 接的相位信号不变,分频比为4;如果将犉4逆时针地从条件下工作在较低的电源电压下,或者使得多模分频器 一个相位切换到另一个相位,相当于将瞬时的分频比加在同样的电源电压下工作在更高的频率上. 通信作者.犈犿犪犻犾:狔犪狀犵犺犵@犿犪犻犾.犻犲.犪犮.犮狀 20070911收到200