随着信息化技术的飞速发展,集成电路制造工艺的不断进步,锁相环技术得到了快速发展,在通信、物联网、雷达、遥测等众多领域应用广泛。不同的应用需求对锁相环的性能提出了更多的要求。自偏置锁相环具有不需要额外的带隙基准电路和电流偏置电路,以及可以动态调节电路参数等众多优点,在工程上有着十分广泛的应用。DDR4物理层需要几种特定的频率信号为其提供时序控制,晶体振荡器虽然有成熟的产品供应,但由于其输出频率范围有限,不能满足DDR4物理层的时序需求。在此背景下,本文提出了一种三阶自偏置锁相环电路,利用锁相环的频率合成特性,对晶体振荡器的时钟信号进行频率倍数放大,得到满足DDR4物理层时序需求的时钟信号。本文首先介绍了锁相环技术的发展历程和研究现状,并总结了锁相环电路的一些具体应用场景。然后阐述了锁相环技术的基本原理,对电荷泵锁相环电路以及自偏置锁相环电路进行了详细分析和线性推导。同时,描述了锁相环环路噪声的拟合过程。在此基础上,提出了一种三阶自偏置锁相环电路的设计方法,详细讨论了组成锁相环的各个模块的设计方案,并对各个模块进行仿真分析,电路模块包括鉴相鉴频器、电荷泵、低通滤波器、电流控制振荡器、反馈分频器、锁定检测、快速启动、自偏置电流镜等。同时,对整体环路进行理论分析计算和交流特性仿真验证。最后,讨论了锁相环电路的版图设计,并对设计要求的重要指标进行瞬态后仿真分析验证。本文采用TSMC 28 nm CMOS工艺,使用Cadence仿真软件对电路进行仿真验证。仿真结果表明,在900 mV的电源电压、高MOS管阈值条件下,振荡器可以实现800 MHz~1.3 GHz的输出频率范围,非线性度约为3%。全工艺角下PLL环路的周期抖动小于150 ps,cycle to cycle抖动小于50 ps,整体功耗小于10 mW。结果显示,所设计的锁相环电路满足DDR4物理层的时钟信号要求,实现了预期的设计目标。