Metodologie di quantizzazione digitale per PLL frazionari a basse spurie

Fractional-N frequency synthesizers are based on Phase-Locked Loops (PLLs) in which the division factor is controlled by a digital quantizer. They use a technique called "noise shaping" to shift most of the quantization noise at high frequencies so that it can be filtered by the PLL. Unavoidably the non-idealities of the analog components that compose a PLL distort this noise, causing spurious tones in the output spectrum. In this work we anylized the role played by polynomial non-linearities in generating spurs. We compared the most widely used topology, MASH (Multi-stAge noise Shaping) Sigma-Delta modulators, and a novel modulator called Successive Requantizer (SQ). It was verified that the higher hardware complexity of the new quantizer reflects in lower spurious tones and that an hybrid MASH-SQ quantizer reduces the trade-off between computational cost and immunity to nonlinearities. The modulator was later implemented in VHDL, both in plain and hybrid version. After analyzing the requirements set by the SQ to the pseudorandom sequence, in place of the classic LFSR a new algorithm with a period of 2^128 was used to generate a 64 bit pseudorandom sequence.

I sintetizzatori di frequenza frazionaria si basano su anelli ad aggancio di fase PLL in cui il divisore di frequenza ha un fattore di divisione controllato da un quantizzatore digitale. Questi ultimi sfruttano la tecnica del "noise shaping" per spostare gran parte della potenza del rumore di quantizzazione alle alte frequenze in modo che questo possa essere filtrato dal PLL. Inevitabilmente però le non idealità dei componenti analogici che compongono il PLL distorcono tale rumore di quantizzazione causando dei toni indesiderati nello spettro di uscita. In questo elaborato è stato approfondito il ruolo delle nonlinearità di tipo polinomiale nel generare spurie. È stato eseguito un confronto tra la topologia di modulatori largamente usata, ossia i modulatori Sigma-Delta di tipo MASH (Multi-stAge noise Shaping), e un modulatore di nuova concezione, detto Successive Requantizer (SQ), introdotto solo di recente. Si è verificato che la maggior complessità hardware del nuovo modulatore è ripagata in termini di livello inferiore delle spurie e che una versione ibrida di modulatore MASH-SQ permette di ottimizzare il compromesso tra costo computazionale e immunità alle nonlinearità. Si è infine utilizzato il linguaggio VHDL per implementare il modulatore, sia in versione completa che in versione ibrida. In tale implementazione, analizzati i requisiti richiesti dal SQ alla sequenza pseudocasuale, si è applicato un algoritmo molto più efficiente del classico LSFR per la generazione di sequenze pseudocasuali a 64 bit con periodo di 2^128.