Details

Autor(en) / Beteiligte

• Hangmann, Christian
• Hilleringmann, Ulrich[Akademischer Betreuer]
• Gausch, Felix[Akademischer Betreuer]

Titel

Hocheffiziente Modellierung, Charakterisierung und Analyse von Mixed-Signal Phasenregelkreisen unter Berücksichtigung von nichtlinearen und nicht-idealen Effekten : = High efficient modeling, characterization and analysis of mixed-signal phase-locked loops considering nonlinear and non-ideal effects

Ort / Verlag

Paderborn

Erscheinungsjahr

2017

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Beschreibungen/Notizen

• Tag der Verteidigung: 13.06.2017
• Open Access
• ger: Diese Arbeit beschäftigt sich mit der effizienten Modellierung und Charakterisierung von MS Systemen. Der Fokus liegt dabei auf der MS PLL zur Frequenzsynthese, wobei die Ergebnisse auch für weitere PLL Anwendungen gezeigt werden. Des Weiteren lassen sich die diskutierten Ergebnisse auch auf andere MS Systeme übertragen.Hier werden sowohl die gängigen linearen Modelle als auch die Verhaltensbeschreibungen der idealen PLL hinsichtlich ihrer Genauigkeit und Effizienz analysiert. Darüber hinaus wird ein komplett ereignisgesteuertes (ED) Modell vorgestellt, mit dessen Hilfe autonome Differenzengleichungen abgeleitet werden und schließlich eine neue Stabilitätsbedingung hergeleitet wird. Diese erlaubt die Konvergenzbeurteilung der PLL für Anfangsbedingungen entfernt der Ruhelage, sodass eine robustere Verhaltensvorhersage der schaltenden und chaotischen PLL möglich ist.Zusätzlich zum idealen Verhalten werden typische nicht-ideale Eigenschaften der realen PLL betrachtet und entsprechende Modellierungsmethoden diskutiert. Für die Beschreibung der PLL und deren nicht-idealen Effekte wird ein intuitives, modulares und hocheffizientes erweitertes ED Modell eingeführt. Dessen Berechnung ist über 10.000-mal schneller als eine Transistor-Level (TL) Simulation und weist eine relative Differenz von lediglich 0,1% auf. Beim Vergleich mit einer Evaluationsschaltung beträgt die Abweichung zwischen den Messungen und den Ergebnissen des eingeführten Modells in etwa 1%. Das ED Modell vereint somit die hocheffiziente Simulation mit einer hohen Genauigkeit.Der erweiterte und schnelle ED Ansatz wird im Folgenden für die umfassende Charakterisierung der nichtlinearen, nicht-idealen und chaotischen PLL verwendet. Die Erkenntnisse der rigorosen Analyse werden für die Einführung eines robusteren und analytischen Systementwurfs der MS PLL zugrunde gelegt.
• eng: This work deals with efficient modeling and characterization approaches for MS systems. For this, this thesis focuses on the MS PLL architecture used for frequency synthesis, whereas it will be shown that the obtained modeling approach and results are also applicable for other MS PLL applications such as clock and data recovery. Furthermore, the discussed results can be extrapolated to other MS systems.Here both the common linear models and the behavior descriptions of the ideal PLL are analyzed in terms of accuracy and efficiency. Then, a fully event-driven (ED) model is presented, allowing the derivation of autonomous difference equations which are finally used to derive a new, simple and accurate stability condition for the rest position. Utilizing this boundary, the convergence of the PLL can be assessed even for initial conditions far from the steady state, enabling a more robust convergence prediction of the switching and chaotic PLL.In addition to the ideal behavior of the PLL, also the typical non-ideal features of the real system are considered in this work and appropriate modeling methods are discussed. For the description of the PLL and its non-ideal effects an intuitive, modular and highly efficient advanced ED model is introduced. Its calculation is about 10,000 times faster than a transistor-level (TL) simulation. The relative difference between the ED and the TL results is only 0.1 % and the relative deviation between the ED simulation and measurement results of an evaluation board is approximately 1 %, showing that the exhaustive modeling, presented in this thesis, combines strongly reduced simulation resources with high accuracy results.The extended and fast ED approach is then used for a comprehensive characterization of the nonlinear, non-ideal and chaotic PLL behavior. The results of this rigorous analysis are utilized to introduce a more ...