锁相环设计是现代集成电路设计中的一个重要课题,在射频无线通信、高速有线通信、光纤通信以及高性能数字电路等领域中都占有重要的地位。而且,锁相环作为电路设计理论中最重要的混合信号负反馈系统之一,是一个合格的射频及混合信号集成电路设计师必须了解和掌握的一项电路设计专业知识。频率合成器是锁相环在通信电路中最重要的应用,在任何一个无线接收发射器中都可以找到多个频率合成器。了解和掌握频率合成器性能指标、系统和电路单元设计,是一名通信集成电路设计师必备的专业素养。锁相环的另一个重要应用是时钟和数据恢复,主要应用于高速有线通信,包括光纤通信和金属导线通信。
近20年以来,随着无线通信设备、无线智能终端的普及和高速互联网络的发展,包括频率合成器和时钟恢复电路在内的通信电路设计技术都取得了长足的进步,尤其是基于大规模量产和较低成本CMOS工艺的射频集成电路设计已经成为工业界的主流。任何实用的射频电路设计的知识,都应该是基于CMOS工艺和器件的实现。
随着中国30多年飞速的发展,国内已经形成了对无线通信设备和终端具有巨大需求的市场。相应地,在国内出现了许多本土和来自海外的射频集成电路设计和生产厂商,射频集成电路设计的水准和对这方面人才的需求也大幅上升。但是在此方面的教学和专业培训却相对滞后,尤其是大学教科书,还是停留在翻译国外教材或沿用老化的教材,和其他相关领域如计算机教材形成很大的反差。随着中国集成电路设计产业的发展壮大,据笔者了解,广大的设计人员苦于没有一本跟上学科前沿、选材契合设计实践的中文参考书。
即便在国外已有的参考书中,大部分已出版多年,虽然会在再版时更新和补充一些新的内容,但仍无法跟上技术的进步。比如很多关于锁相环的参考书是基于反馈控制理论来讲述的,包含了大量的控制理论,却没有结合集成电路设计。还有很多锁相环的参考书选材过于庞杂,涵盖了大量的控制理论和通信信号处理,等等,和锁相环集成电路的设计基本没有任何直接的联系。另外一类锁相环参考书则选题非常狭窄和专业,比如只讲述全数字锁相环等非常专门的知识,这类参考书通常是由某博士论文直接改编或一组专业论文编纂而来的,很难针对广大的集成电路设计人员和院校中的研究人员。CMOS集成锁相环电路设计前言[1][2][2]本书以锁相环及锁相环在射频频率合成器和时钟恢复中的应用为主题,以集成CMOS为电路实现方法,详细讨论从基础原理、系统考量和晶体管级电路设计细节到实际设计生产中遇到的实际问题,尽力给广大工业界集成电路设计人员和院校研究机构研究人员和研究生提供一本原理清晰透彻、设计讲解详细丰富、内容前沿实用的集成电路设计参考书。
从选材来看,从锁相环负反馈原理出发,先介绍锁相环及频率合成器在通信电路中的应用和性能,然后由锁相环基本结构、主要模块电路设计细节逐渐深入到基于差分积分调制器的分数型锁相环设计,包括其核心的差分积分调制器设计,接着扩展到最前沿的全数字锁相环设计和基于锁相环的相位调制。在锁相环设计之外,专门介绍压控振荡器的设计,包括电容电感振荡器和环振荡器设计;此外介绍了基于延迟锁定环的频率合成器,最后指出在实际锁相环设计生产中的问题。由于时钟和数据恢复电路设计较为独立,自成一体,在第14章中单独进行介绍。从其在高速有线通信中的应用背景出发,先介绍其主要设计指标、基本环路结构,然后讲解基本子电路模块,包括全速率和半速率线性和二进制鉴相器、鉴频器和电荷泵等,最后以基于相位内插值的数字时钟恢复电路结束。