0 引言

隨著3G移動通信技術(shù)在全球越來越多的國家進(jìn)入商用階段,，作為中國擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的國際移動通信標(biāo)準(zhǔn)卻舉步維艱，其中一個很重要的原因就是TD-SCDMA(時分同步碼分多址)的移動終端產(chǎn)品成為其正式商業(yè)化進(jìn)程中的一大瓶頸,，這其中TD-SCDMA終端射頻芯片更成為制約其快速商業(yè)化的瓶頸之一,。

在射頻CMOS電路中，鎖相環(huán)(PLL)是重要的組成模塊之一,，主要是通過頻率合成,，產(chǎn)生本振信號。用于TD-SCDMA的PLL模塊需要更寬的頻率范圍和多種頻率本振信號,。因此更需要在通過小數(shù)分頻等多種方式實現(xiàn)低功耗情況下,，更快的鎖頻功能。雙模分頻器(Prescaler)工作在電路較高頻率,，功耗也較大,，研究和開發(fā)雙模分頻器對于降低整片功耗，提升PLL性能有著重要意義,。

1 TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)特點及關(guān)鍵技術(shù)

TD-SCDMA技術(shù)靈活地綜合了FDMA,、TDMA和CDMA等基本多址接入技術(shù)。由于該標(biāo)準(zhǔn)的提出比其他標(biāo)準(zhǔn)晚，所以吸納了移動通信領(lǐng)域最先進(jìn)的技術(shù),，技術(shù)兼容性強(qiáng),，后發(fā)優(yōu)勢明顯。

其主要特點包括：頻譜利用率較高,；支持多載頻技術(shù),；呼吸效應(yīng)不明顯；組網(wǎng)靈活,、頻譜資源豐富,；易與GSM網(wǎng)絡(luò)兼容；靈活提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),。

在無線接口技術(shù)上主要包括以下關(guān)鍵技術(shù)：動態(tài)信道分配；智能天線技術(shù),；接力切換技術(shù)和聯(lián)合檢測技術(shù),。

將我國3G公眾移動通信系統(tǒng)主要工作頻段規(guī)劃為時分雙工(TDD)方式，即1880～1920MHz,、2010～2025MHz,；補(bǔ)充工作頻率為時分雙工(TDD)方式，2300～2400MHz,。

因為3G公眾移動通信系統(tǒng)中TDD方式僅有我國的TD—SCDMA,，根據(jù)上述規(guī)定，產(chǎn)業(yè)界為方便表達(dá),，稱1880～1920MHz為A頻段,，2010～2025MHz為B頻段，2300～2400MHz為C頻段,。目前主要頻段選取B頻段,，A頻段將在小靈通全面退市后逐步采用。

2 TD—SCDMA收發(fā)信機(jī)結(jié)構(gòu)

TD—SCDMA系統(tǒng)頻率范圍為2010～2025MHz,，帶寬為20MHz,。在一般的收發(fā)信機(jī)中，信道之間的干擾可以通過高質(zhì)量的射頻濾波器抑制,，同時TD—SCDMA與其他兩個制式的干擾需要在設(shè)計中考慮,。

TD-SCDMA系統(tǒng)采用如圖1所示的零中頻結(jié)構(gòu)接收機(jī)。射頻接收信號經(jīng)過濾波器,、低噪放,，與兩路正交本振信號混頻，產(chǎn)生同相,、正交兩路基帶信號,。由于沒有中頻，本振信號與射頻接收信號頻率一致,，混頻后直接產(chǎn)生基帶信號,，在基帶信號中通過低通濾波器和放大器進(jìn)行信道選擇和信號放大,。

零中頻結(jié)構(gòu)的優(yōu)點在于不需要中頻而變得簡單，由于本振信號頻率與射頻接收信號相同,，不存在鏡像干擾,，不需要片外高Q值帶通濾波器，也使集成度更高,，更適合TD設(shè)計需要,。同時電路簡化和外部器件刪除也使功耗降低，干擾和故障點變少,。缺點在于直流偏差,、本振泄漏、偶次失真,、閃爍噪聲,、I/Q失配等問題，使用零中頻結(jié)構(gòu)首先要解決好這些問題,。但是總的來說,，零中頻結(jié)構(gòu)簡化了電路，更適于片上設(shè)計,，具有一定優(yōu)勢,。

發(fā)射機(jī)與接收機(jī)結(jié)構(gòu)相反，也采用零中頻方式,，在此不再贅述,。

3 鎖相環(huán)頻率綜合器結(jié)構(gòu)介紹

TD-SCDMA系統(tǒng)通過PLL式頻率綜合器產(chǎn)生本振信號。由圖可見,，該頻率綜合器主要包括鑒相器,、電荷泵、低通濾波器,、VCO,，在反饋回路上包括多模分頻器和Delta-Sigma調(diào)制器。其中多模分頻器和Delta-Sigma調(diào)制器是我們的設(shè)計重點,。

如圖3所示,，首先VCO輸出信號進(jìn)入一個固定二分頻電路，這個固定二分頻電路也是工作頻率最高,、功率最大的模塊,，它的設(shè)計將采用CML結(jié)構(gòu)下，基于注入鎖定振蕩原理完成,，盡可能實現(xiàn)低功耗和低噪聲,。之后是一個模8/9的分頻器，其中采用相位轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)減少功率損耗，提升轉(zhuǎn)換速度,。P分頻模塊為一個11分頻固定分頻器,。S分頻由Delta-Sigma調(diào)制器控制，實現(xiàn)小數(shù)分頻,。根據(jù)結(jié)構(gòu)框圖可以計算出輸出頻率fVCO -out與輸入頻率,，fref的關(guān)系為：

由于輸出頻率范圍為2010～2025MHz，參考頻率10.8MHz,，所以可以得出s分頻范圍在5.056～5.750,。

4 電路級設(shè)計

4.1 高速二分頻器

如圖4所示，由于分頻器工作頻段在2010～2025MHz,，所以高速固定二分頻器工作頻率在2GHz左右,，通過分頻，頻率降低一半,。實現(xiàn)形式,，基于注入鎖定理論，結(jié)構(gòu)采用主從D觸發(fā)器結(jié)構(gòu),，通過負(fù)反饋結(jié)構(gòu)形成環(huán)路振蕩結(jié)構(gòu)。

電路級結(jié)構(gòu),，如圖5所示,。

由圖5可見，主鎖存器承擔(dān)了混頻器功能,，包括M9,、M1和M2，其中M1M2為本振口,，M9為參考信號口,。實際設(shè)計中通過電路參數(shù)調(diào)整，將電路自由振蕩頻率w0=clk/2,。通過尾電流及電阻調(diào)節(jié)w0,。基于注入鎖定的固定二分頻器輸入輸出波形如圖6所示,。

4.2 相位轉(zhuǎn)換模塊

如圖7所示,，相位轉(zhuǎn)換控制模塊不再采用電平控制模式，采用Pn+1信號控制相位開關(guān)模塊,，即通過使用在切換目標(biāo)信號的上升沿觸發(fā)切換,，避免了毛刺現(xiàn)象。

正常的分頻為4分頻,，當(dāng)K=1時,，分頻數(shù)為4+K，即為5分頻。

4.3 異步分頻鏈

異步分頻由兩個除2的分頻器組成,，每個二分頻器為主從D觸發(fā)器,，電路采用CMI結(jié)構(gòu)。電路為串接而成,，工作頻率相對較低,。

4.4 輸出Buffer

輸出Buffer主要起到放大成方波和整形作用，保證輸出信號能夠當(dāng)作完整的本振信號使用,。

4.5 小數(shù)分頻模塊

根據(jù)對小數(shù)分頻器Delta-Sigma調(diào)制器結(jié)構(gòu)的分析,，綜合考慮系統(tǒng)穩(wěn)定性、噪聲調(diào)制效果,、帶外噪聲平滑,、頻率分辨率及設(shè)計難度和電路面積，主要為了保證穩(wěn)定,，選用MASH型結(jié)構(gòu)Delta-Sigma調(diào)制器,。

控制小數(shù)分頻，實際分頻比均值4.4375,。

5 總結(jié)

前置分頻器是PLL中重要的部分,。本文在研究和分析國內(nèi)外3G系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，選定零中頻結(jié)構(gòu)收發(fā)信機(jī)中本振PLL反饋回路上分頻模塊作為研究對象,，實現(xiàn)射頻模式下準(zhǔn)確小數(shù)級分頻,。