A Wide Band Adaptive All Digital Phase Locked Loop With Self Jitter Measurement And Calibration

The expanding growth of mobile products and services has led to various wireless communication standards that employ different spectrum bands and protocols to provide data, voice or video communication services. Software deffned radio and cognitive radio are emerging techniques that can dynamically integrate various standards to provide seamless global coverage, including global roaming across geographical regions, and interfacing with different wireless networks. In software deffned radio and cognitive radio, one of the most critical RF blocks that need to exhibit frequency agility is the phase lock loop (PLL) frequency synthesizer. In order to access various standards, the frequency synthesizer needs to have wide frequency tuning range, fast tuning speed, and low phase noise and frequency spur. The traditional analog charge pump frequency synthesizer circuit design is becoming diffcult due to the continuous down-scalings of transistor feature size and power supply voltage. The goal of this project was to develop an all digital phase locked loop (ADPLL) as the alternative solution technique in RF transceivers by taking advantage of digital circuitry\u27s characteristic features of good scalability, robustness against process variation and high noise margin. The targeted frequency bands for our ADPLL design included 880MHz-960MHz, 1.92GHz-2.17GHz, 2.3GHz-2.7GHz, 3.3GHz-3.8GHz and 5.15GHz-5.85GHz that are used by wireless communication standards such as GSM, UMTS, bluetooth, WiMAX and Wi-Fi etc. This project started with the system level model development for characterizing ADPLL phase noise, fractional spur and locking speed. Then an on-chip jitter detector and parameter adapter was designed for ADPLL to perform self-tuning and self-calibration to accomplish high frequency purity and fast frequency locking in each frequency band. A novel wide band DCO is presented for multi-band wireless application. The proposed wide band adaptive ADPLL was implemented in the IBM 0.13µm CMOS technology. The phase noise performance, the frequency locking speed as well as the tuning range of the digitally controlled oscillator was assessed and agrees well with the theoretical analysis

Design and investigation of nanometric integrated circuits for all-digital frequency synthesisers

Disertacijoje nagrinėjami daugiajuosčių dažnio sintezatorių blokai, modeliai bei jų kūrimas taikant nanometrines integrinių grandynų technologijas. Iškeliama ir įrodoma hipotezė, kad taikant nanometrines technologijas visiškai skaitmeniniai dažnio sintezatoriai įgalina gauti parametrus, reikiamus daugiajuosčiams belai- džio ryšio siųstuvams-imtuvams. Darbo tikslas – sukurti visiškai skaitmeninio dažnio sintezatoriaus blokus, kuriuos naudojant galima pasiekti reikiamus sinte- zatoriaus, skirto daugiajuosčiams belaidžio ryšio siųstuvams-imtuvams, paramet- rus taikant nanometrines integrinių grandynų gamybos technologijas. Darbe išsp- ręsti tokie uždaviniai: ištirtos dažnio sintezatorių struktūros ir sukurta struktūra, tinkama įgyvendinti taikant nanometrines technologijas, sukurti ir ištirti siūlomos struktūros sintezatorių sudarančių blokų modeliai ir integriniai grandynai. Disertaciją sudaro įvadas, trys skyriai, bendrosios išvados, naudotos literatū- ros ir autoriaus publikacijų disertacijos tema sąrašai ir keturi priedai. Įvadiniame skyriuje aptariama tiriamoji problema, darbo aktualumas, aprašo- mas tyrimų objektas, formuluojamas darbo tikslas bei uždaviniai, aprašoma ty- rimų metodika, darbo mokslinis naujumas, darbo rezultatų praktinė reikšmė, gi- namieji teiginiai bei disertacijos struktūra. Pirmajame skyriuje apžvelgiamos dažnio sintezatorių rūšys, aprašomi pag- rindiniai dažnio sintezatorių parametrai ir dažniausiai naudojamos kokybės funk- cijos. Apžvelgiami dažnio sintezatorių modeliai ir jų veikimas fazės ir dažnio sri- tyse. Aprašomi visiškai skaitmeninio dažnio sintezatoriaus triukšmų šaltiniai. Skyriaus pabaigoje suformuluojami disertacijos uždaviniai. Antrajame skyriuje pasiūlyta ir taikoma nauja kokybės funkcija, leidžianti at- likti daugiajuosčių dažnio sintezatorių palyginamąją analizę. Iškeliami reikalavi- mai pagrindiniams sintezatoriaus blokams, nagrinėjami laikinio skaitmeninio kei- tiklio skiriamosios gebos didinimo būdai, sukurtas naujas laikinio skaitmeninio keitiklio modelis. Siūloma dažnio sintezatoriaus struktūra daugiajuosčiams siųs- tuvams-imtuvams. Trečiajame skyriuje pagal iškeltus reikalavimus daugiajuosčio dažnio sinte- zatoriaus blokams, taikant kompiuterinių skaičiavimų ir eksperimentinius meto- dus yra kuriami ir tiriami laikinio skaitmeninio keitiklio, skaitmeniniu būdu val- domo generatoriaus bei skaitmeninio filtro integriniai grandynai. Disertacijos tema yra atspausdinti 7 moksliniai straipsniai: 4 – mokslo žurna- luose, įtrauktuose į Clarivate Analytics Web of Science duomenų bazę, 1 – tarp- tautinių konferencijų medžiagoje, įtrauktoje į Clarivate Analytics Proceedings duomenų bazę, 2 – mokslo žurnaluose, referuojamuose kitose tarptautinėse duo- menų bazėse. Disertacijoje atliktų tyrimų rezultatai buvo paskelbti devyniose mokslinėse konferencijose Lietuvoje ir užsienyje