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北京理工大學
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低成本超寬帶高精度快起型鎖相環

2023-03-24 16:03:08
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所屬領域:
電子信息
項目成果/簡介:

穩定精確的頻率源是現代電路系統中必不可少的模塊,廣泛應用于通信、雷達、數據處理等場景。伴隨著第五代通信系統的商業化應用,對于多頻率、超寬帶、低噪聲的時鐘信號需求愈發高漲。本成果針對不同的頻段應用場景需求,提出一種快起快鎖的多核超寬帶鎖相環芯片,內嵌的單核快起、多核切換結構使得該芯片可覆蓋54MHz-6.8GHz的工作頻率,并在全頻段內相位噪聲優于-120dBc/Hz@1MHz,穩定鎖定時間低于25μs。芯片采用180nm CMOS工藝實現,整體性能逼近市面上已有高端鎖相環芯片,而生產成本則大幅降低,具備的較高的市場差異化競爭力,可實現多場景下的芯片國產替代。

應用范圍:

鎖相環集成電路芯片在現代社會中具有廣泛的應用場景,對以下不同領域的應用情況作簡要概述。

1、在通信中主要用于短波、超短波發、收信機中的主振與本振源,有線通信中的載波供給,微波衛星通信中的微波固態源與微波功率放大器,數字通信中的載波同步、碼元同步和網同步,以及上述各種通信系統中的調制與解調,電調與天調、自動頻率微調等系統中。

2、在雷達中主要用于雷達的微波固態源,微波功率放大器、相共陣雷達的多相激勵源、天線自動跟蹤與精密輔角偏轉測量等系統中。

3、在電視及高保真設備中主要用于電視機同步、門限擴展解調、色差副載波提取與色差信號的同步檢波,全國電視臺的鎖相連播同步系統,高保真度設備中的立體聲多路解碼(MPX)、頻率合成式調諧器、四聲道解調器(CD-4)及走帶電機速度控制系統中。

4、在測量儀表中主要用于頻率合成器、自鎖信號發生器、相位振幅儀(矢量電壓表、微波網絡分析儀)、相位噪聲測試儀、頻譜分析儀、鎖相計數器、阻抗測試儀、電平振蕩器、頻偏儀、微波固態源、微波功率放大器以及微波相位調整器等儀表中。

5、在計算機中主要用于各種時鐘信號的供給、磁盤轉速同步與控制等系統中。

以上典型場景中均存在鎖相環的使用需求。

效益分析:

根據市場研究公司的報告和趨勢分析,預計未來幾年鎖相環芯片市場將保持穩定增長。

根據市場研究公司Technavio的報告,全球鎖相環芯片市場預計將以每年約8%的復合年增長率增長,到2025年將達到約26億美元的規模。另外,根據市場研究公司Market Insights Reports的報告,全球鎖相環芯片市場預計將以每年約6.3%的復合年增長率增長,到2026年將達到約24.5億美元的規模。

本鎖相環研究成果是由數字鑒頻鑒相、精密電荷泵、多核壓控振蕩器和可編程分頻器等模塊組成,最高工作頻率可達6.8GHz的頻率合成器,同時具有整數分頻和小數分頻功能;基于低成本成熟可靠的180nm CMOS工藝技術,可滿足高速、高集成度、高性能的超大規模集成電路需求;可支持LFCSP-32引腳封裝方式,有著良好的電和熱性能、體積小、重量輕等優勢;所有片內寄存器均可通過簡單的三線串行接口進行控制,產品部分性能優于某國際知名品牌(ADI 4355-2/TI LMX2572),可完全兼容上述產品應用場景。

據中國半導體協會發布數據顯示,中國的模擬芯片市場已接近200億美金,但目前國內自給率約為163億人民幣,僅占比12%左右,仍有廣闊的成長空間。180nm CMOS工藝成本約為60-70萬,良品率90%,以產量10萬片估算,單片價格7元;考慮測試成本1元,封裝成本2元,晶片成本是1.12元,則硬件成本為7+1+2+1.12=11.12元。另有運營、人力、渠道等成本,均按照10萬片產能、軟硬件成本3:7計算,約為25.9元。按照8:20定價法,則預估成本為37元。所述成本均會隨著銷量的大幅提升而降低。相較于當前市面上已有的產品,其性價比更具吸引力。(ADI 4355 ¥72.85 / TI LMX2572 ¥227)

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