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  1. NTU Theses and Dissertations Repository
  2. 電機資訊學院
  3. 電子工程學研究所
請用此 Handle URI 來引用此文件: http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/93491
標題: 應用於毫米波頻段之八百億赫茲鎖相迴路
An 80-GHz Phase-Locked Loop for Millimeter-Wave Application
作者: 王珮璇
Pei-Hsuan Wang
指導教授: 林宗賢
Tsung-Hsien Lin
關鍵字: 毫米波,壓控振盪器,模式切換,雙核耦合,第二型鎖相迴路,電荷泵浦鎖相迴路,
Mm-Wave,Voltage-Controlled Oscillator (VCO),Mode-Switching,Dual-Core-Coupled,Type-II Phase-Locked Loop (PLL),Charge-Pump PLL (CPPLL),
出版年 : 2024
學位: 碩士
摘要: 本論文提出應用於毫米波頻段之八百億赫茲鎖相迴路,其主要功能是將輸出頻率鎖定在輸入參考信號的倍頻頻率上,並將輸出相位與輸入參考信號相位對齊,以提供可在晶片內實現的時脈。
本篇一共實作了兩個電路。第一顆晶片為一操作在毫米波頻段之九百億赫茲壓控振盪器,此晶片實作於台積電40奈米製程。採用模式切換雙核耦合之架構,利用電感互感的原理,透過切換開關來改變核心電路所看到的等效電感值,以實現切換頻段(粗調)的功能。在頻率細調方面,將電晶體作為可變電容,通過改變電壓來調整核心電路之等效電容值。晶片核心面積為0.021平方毫米,整體功耗為39.8毫瓦特,頻率可調整範圍為4.5 %,在一千萬赫茲頻率偏移處之相位雜訊為 -105.8 dBc/Hz,一千萬赫茲頻率偏移處之品質因數為 -169.4 dBc/Hz。
第二顆晶片實作八百億赫茲之鎖相迴路,此晶片實作於台積電40奈米製程。架構採用傳統第二型電荷泵浦鎖相迴路,其好處為操作較具韌性。除頻鏈的部分,除數為400,採用四級除以二的除頻電路串接兩級除以五的除頻電路,其中四級除以二的除頻電路為兩級注入鎖定除頻器、一級主樸式偶合閘除頻器以及一級真單相時脈除頻器,其架構設計受電路操作頻率的影響。晶片核心面積為0.4128平方毫米,整體功耗為38.3毫瓦特,在頻率偏移分別為一百萬赫茲和一千萬赫茲時,相位雜訊分別為-82 dBc/Hz和-107.2 dBc/Hz。抖動從一萬赫茲偏移處積分到一億赫茲偏移處為355飛秒,在品質因數方面, FoM @ 10MHz = -170 dBc/Hz及 FoM-jitter = -233.2。
This thesis proposes an 80-GHz phase-locked loop (PLL) designed for millimeter-wave application, aiming to lock the output frequency to a multiple of the input reference signal and align the output phase with the input signal, providing an on-chip clock.
In this thesis, two circuits have been implemented. The first chip is a 90-GHz voltage-controlled oscillator (VCO), fabricated in a TSMC 40-nm process. It employs a mode-switching dual-core-coupled architecture based on inductive coupling. For coarse tuning, switches are used to vary the effective inductance values. Fine-tuning is achieved by utilizing transistors as varactors to modify the effective capacitance values. The core area of this chip is 0.021 mm2, with a total power consumption of 39.8 mW. The frequency tuning range is 4.5 %. The phase noise at a 10 MHz offset is -105.8 dBc/Hz, and the figure of merit (FoM) at a 10 MHz offset is -169.4 dBc/Hz.
The second one, also fabricated in a TSMC 40-nm process, implements an 80-GHz phase-locked loop (PLL) based on a conventional Type-II charge-pump PLL(CPPLL) architecture, known for its robust operation. It features a division factor of 400 and consists of four stages of divide-by-two circuits cascaded by two stages of divide-by-five circuits. The architecture is chosen based on the operating frequency of the circuit. The core area of this chip is 0.33 mm2 with a power consumption of 38.3 mW. The phase noise at 1 MHz and 10 MHz offset are -82 dBc/Hz and -107.2 dBc/Hz, respectively. The integrated jitter from 10 kHz to 100 MHz offset is 355 fs. The FoM @ 10MHz is -170 dBc/Hz, and the FoM-jitter is -233.2.
URI: http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/93491
DOI: 10.6342/NTU202401801
全文授權: 同意授權(限校園內公開)
電子全文公開日期: 2029-07-15
顯示於系所單位:電子工程學研究所

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