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JSSC 2023第3期Clocking & PLLs40nmPLLVCO

A 16-GHz DPLL Using Feedforward Phase-Error Cancellation

提出了一种采用前馈相位误差消除技术的16GHz数字锁相环,提升了相位噪声性能。
40nm CMOS, 1.1V, 5mW, 788fs rms jitter, -57.84dBc reference spur
数字锁相环前馈相位误差消除无死区检测器相位噪声CMOS
创新点1:前馈相位误差消除技术(系统创新) - 采用数字控制延迟线(DCDL)快速消除数字控制环形振荡器的相位误差,显著提升相位噪声性能,实测1.6GHz下积分抖动低至788fs(1kHz-100MHz)。
创新点2:无死区Bang-Bang相位频率检测器(电路创新) - 提出新型BBPFD结构消除传统死区问题,增强时间数字转换器(TDC)分辨率,为高精度相位检测提供硬件基础。
创新点3:自适应环路增益校准技术(方法创新) - 通过实时校准前馈路径的环路增益,确保系统在不同工艺角和工作条件下的稳定性,功耗仅5mW@1.1V。
创新点4:微型化系统集成(系统创新) - 在40nm CMOS工艺中实现0.05mm²超小面积,同时达成-57.84dBc参考杂散抑制(50MHz参考频率),展现高集成度优势。
Abstract
A digital phase-locked loop (DPLL) using the feed- forward phase-error cancellation (FPC) is presented. The phase error of this DPLL using a digitally controlled ring oscillator is quickly canceled by a digitally controlled delay line (DCDL), which improves the phase noise performance. The loop gain of this FPC DPLL is also calibrated. In addition, a dead-zone-free (DZF) bang-bang phase-frequency detector (BBPFD) is presented to enhance the resolution of the time-to-digital converter (TDC). This