Analyse, conception et realisation d'un nouveau circuit pll utilisant un detecteur de phase arcsinus

par JONG-KUG SEON

Thèse de doctorat en Sciences et techniques

Sous la direction de JEAN-JACQUES CHARLOT.

Soutenue en 2000

à l'ENST .

    mots clés mots clés


  • Résumé

    La pll proposee se compose d'un track/hold, d'un generateur de sinus inverse, et d'un oscillateur commande en tension. Il est a noter que la structure, le comportement fondamental, et le modele mathematique de la pll different sensiblement de ceux de pll classiques. La difference entre la pll ispd (inverse sine phase detector) et les pll conventionnels est due a sa structure qui combine les blocs de conception qui sont a la fois discrets et continus dans le temps par nature. Les premiers avantages offerts par l'implantation de cette pll particuliere sont sa capacite a minimiser la surface active d'une pll completement integree grace au fait qu'il n'y ait aucun filtre, que la vitesse d'acquisition soit plus rapide comparee aux pll standards, ainsi que des potentialites pour les hautes frequences. Le filtre de boucle generalement utilise dans la pll standard est remplacee par le detecteur de phase sinus inverse (inverse sine phase detector - ispd) incluant un circuit traqueur-bloqueur (t/h - track and hold) et un convertisseur sinus inverse. Devant les avantages associes aux pll numeriques, la pll proposee surmonte certains problemes tels que la sensibilite aux glissement dc et a la saturation de composants. La pll ispd est unique car elle combine des blocs de conception qui sont discrets et continus dans le temps par nature, aucun filtre n'est utilise, le convertisseur sinus inverse comme detecteur de phase est en premier introduit dans la boucle pll. Les analyses en temps discret de la pll proposee pour un pas de phase et un pas de frequence en presence de bruit ont ete considerees. Des expressions d'approximation ont ete obtenues pour la fonction de densite de probabilite (pdf) d'erreur en regime permanent et la variance de phase d'erreur. L'analyse theorique a ete confirmee par des resultats numeriques et par la simulation. La pdf en regime permanent de la pll ispd proposee a ete comparee pour verifier la performance de la boucle avec une pll analogique. Il a ete deduit que les equations decrivant la sequence d'erreur de phase sont identiques pour la pll analogique et la pll ispd. Des circuits fonctionnant en mode courant sont aussi developpes et compares avec des circuits fonctionnant en mode tension au niveau de leur performance. Le second objectif est le developpement et la synthese des circuits de fonctions trigonometriques inverses bases sur de simples equations d'approximation. Ceci est caracterise par une fonction non lineaire qui est la relation instantanee en grand signal entre les variables d'entree et de sortie. Un prototype de la pll proposee incluant un amplificateur track and hold (t/h), un circuit fonctionnel sinus inverse, un oct, a ete fabrique par ams (austria micro system) utilisant une technologie 0. 6 m triple-metal cmos. La puce prototype comprend une pll ispd complete, deux circuits tests d'oscillateur, des circuits tests du t/h, et un circuit de fonction inverse en mode courant. La surface active de la pll ispd est de 0. 24 mm 2. Les considerations d'instabilite dans le temps et de bruit ont aussi ete presentees. L'ispd pour l'acquisition de la phase precise et rapide du systeme pll a ete implante par de simples blocs de conception bases sur des circuits de calcul analogiques qui ont une linearite amelioree de maniere significative et une large excursion d'operation. Un circuit t/h, un convertisseur sinus inverse, et un oscillateur controle en tension ou en courant ont ete completement integres sur une unique tranche. La pll ispd dispose aussi de grandes potentialites ; beaucoup de travail reste a faire avant qu'elle se developpe au niveau industriel. Ce travail restant comprend, pour chaque blocs, la caracterisation de la sensibilite de la pll ispd a la variation de temperature, l'amelioration de la performance au bruit et de l'extension dynamique de la boucle, et l'extension de la largeur de bande de la boucle par l'optimisation des circuits de base. Nous avons obtenu un brevet d'invention francais (fr0000786) pour tout le circuit presente dans cette these, le 21 janvier 2000. Le brevet est intitule circuit electronique pour generer un signal trigonometrique inverse, applications d'un tel circuit et procede de mise en uvre, et comprend un circuit fonctionnel analogique et la nouvelle pll ispd


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Informations

  • Détails : 170 p.
  • Annexes : 81 ref.

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