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Low-Power Charge-Pump PLL Design

Last Updated Date 2025-04-22
  • Course Sorts:先進製程IC設計人才培育計畫_晶片前瞻技術模組教材113年度
  • Course Introduction:
  • 本教材採理論與實作並重的教學方式,內容以 TSMC ADFP FinFET 製程為基礎,並以電荷幫浦式鎖相迴路(Charge Pump PLL)設計為核心實例,涵蓋子電路設計、軟體操作、系統模擬與製程佈局等關鍵主題。課程內容搭配理論投影片、實作教材與非同步教學影片,協助學生系統性掌握完整的設計流程與實務技能。本課程共劃分為五個模組化單元,內容說明如下:
    1. 鎖相迴路設計簡介 (Introduction to Phase-Locked Loop Design) (49頁):
    本單元將介紹鎖相迴路(PLL)的基本原理與常見應用,並說明 Planar MOSFET 與 FinFET 製程在電路設計上的差異。課程內容包括 PLL 的行為特性分析、轉移函數建構及效能指標探討,並透過 MATLAB Simulink 建立系統模型,搭配操作示範影片(Behavioral Modeling and Simulation in MATLAB),協助學生循序漸進掌握系統行為與模擬流程。
    2. 高速相位頻率偵測器及低功耗充電幫浦設計 (High-Speed Phase-Frequency Detectors and Low-Power Charge Pump Design) (35頁):
    本單元針對相位頻率偵測器(PFD)與充電幫浦(CP)進行深入介紹,說明其工作原理及設計考量。透過模擬與特性曲線分析(如頻率與相位差異、相位死區、電流匹配度與線性度等),使學生掌握其行為模式與性能指標,並強化對電路關鍵特性的理解。
    3. 低功耗電壓控制振盪器設計 (Low-Power Voltage-Controlled Oscillator Design) (45頁):
    本單元著重於電壓控制振盪器(VCO)之設計概念與低功耗實作方法。學生將學習如何模擬與分析關鍵設計參數(如頻率操作範圍、KVCO、製程變異、相位雜訊、Jitter、Monte Carlo 模擬與功耗等),並透過 In-StarRC 萃取 Layout 寄生元件參數,搭配示範影片(VCO Design Using In-Design RC Analysis)提升實務操作能力
    4. 可程式除頻器及低通濾波器設計 (Programmable Frequency Divider and Low-Pass Filter Design) (27頁):
    本單元介紹可程式多模數除頻器與迴路濾波器的基本原理與設計特性(如最大操作頻率、除數範圍及製程變異等),並進行 PLL 系統穩定性分析。課程亦將建立 MOM 電容模型並進行模擬驗證,以協助學生理解濾波器元件在迴路性能中的角色。
    5. 實作範例-低功耗充電幫浦鎖相迴路 (Implementation Example–Low-Power Charge-Pump PLL) (40頁):
    本單元整合前述各項子電路設計內容,進行完整 PLL 系統的鎖定模擬與性能分析(如鎖定時間、Jitter、Reference Spur、頻寬與功耗等),並探討如何透過參數調整與電路優化,提升系統整體性能。針對使用 ADFP 製程進行 Layout 個別子電路與整體 PLL 電路,亦將提供設計範例進行說明。最後,將介紹 Pre-Layout 與 Post-Layout 模擬結果,並加以比較與分析,強化學生對完整設計流程的理解與應用能力。
  • Course Introduction Video:

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