基于电感值可变的注入锁定分频器电路制造技术

本发明专利技术公开基于电感值可变的注入锁定分频器电路，属于射频与毫米波太赫兹集成电路设计领域，包括：五个NMOS晶体管，两个电容，两个电感；其中，电感、第一晶体管组成第一电流回路，其余四个晶体管、两个电容和差分电感组成第二电流回路，两个电流回路之间通过两个电感发生耦合作用；通过第一晶体管的开闭调整本电路的电感值，从而提高分频器的分频范围；本电路在保证功耗不变的前提下，相比已有的技术，能够很大程度上提高分频器的分频范围，这样使得可以在低功耗下提供更宽的分频范围，从而提高收发机的性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于射频与毫米波太赫兹集成电路设计领域，特别涉及毫米波太赫兹频段低功耗，高频率，宽范围的分频器设计。
技术介绍
在无线通信发展百余年后的今天，军事通信领域500MHz～5GHz频段资源已日趋稀缺，未来量子通信技术虽值得憧憬，但目前仍有些遥不可及。而太赫兹这一曾被“遗忘”的波段，集成了微波通信与光通信的优点，具有传输速率高、容量大、方向性强、安全性高及穿透性好等诸多特性，在军事通信应用上的前景诱人，已成为各国挖掘开发的热点。2009年，国际电信联盟定义的毫米波波段为10GHz～100GHz，太赫兹波段为100GHz～10THz，相对于低频段有着较宽的频谱资源。由于上述原因，导致毫米波太赫兹段下的芯片应用设计得到了学术领域和工业界的关注。工作在毫米波太赫兹波段的收发机系统，需要在低功耗的情况下，将高频分频到低频再传送给基带。就现有的技术而言，能够工作在太赫兹的分频器电路结构最常用的就是注入锁定分频器。现有的一种注入锁定分频器电路的组成如图1所示，包括：四个NMOS晶体管，两个电容，一个差分电感；其中，差分电感L2的抽头端接电源VDD,L2的另一端分别与NMOS晶体管MN2的漏极和源极连接，MN2的栅极接信号的输入端IN；电容C1一端接MN2的漏极，另一端和C2相连，C2的另一端和MN2的源极相连接；NMOS晶体管MN3和MN4的源极相连接，MN3的漏极和MN2的漏极相连接，MN3的栅极和MN4的漏极相连接，MN4的漏极和MN2的源极相连接，MN4的栅极和MN3的漏极相连接；NMOS晶体管MN5的漏极和MN3、MN4源极相连的公共端相连接，MN5的栅极接偏置电压Vbias，MN5的源极接地GND；MN3的漏极为本电路的正输出端OUT+，MN4的漏极为本电路的负输出端OUT-。已有的注入锁定分频器，由于其分频范围小的缺点一直是限制其使用范围的主要因素。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于为克服已有技术的不足，提出了一种基于电感值可变的注入锁定分频器电路，本专利技术在于消除注入锁定分频器分频范围窄的问题。在保证功耗不变的前提下，相比已有的技术，能够很大程度上提高分频器的分频范围。这样使得可以在低功耗下提供更宽的分频范围，从而提高收发机的性能。本专利技术提出的一种基于电感值可变的注入锁定分频器电路结构，其特征在于，该注入锁定分频器组成电路包括：五个NMOS晶体管，两个电容，两个电感；其中，电感(L1)、第一晶体管(MN1)组成第一电流回路，其余四个晶体管、两个电容和差分电感(L2)组成第二电流回路，所述两个电流回路之间通过两个电感发生耦合作用；上述各器件的连接关系为：电感(L1)的抽头端接地、另一端和第一晶体管的漏极相连接，第一晶体管的栅极和控制开关信号相连接，第一晶体管的源极接地；差分电感(L2)的抽头端接电源，差分电感(L2)的另一端分别与第二晶体管(MN2)的漏极、源极连接，第二晶体管的栅极接信号的输入端；第一电容(C1)一端接第二晶体管的漏极、另一端和第二电容(C2)相连，第二电容的另一端和第二晶体管的源极相连接；第三晶体管(MN3)的源极和第四晶体管(MN4)的源极相连接，第三晶体管的漏极和第二晶体管的漏极相连接，第三晶体管的栅极和第四晶体管的漏极相连接，第四晶体管的漏极和第二晶体管的源极相连接，第四晶体管的栅极和第三晶体管的漏极相连接；第五晶体管(MN5)的漏极和第三晶体管、第四晶体管源极相连的公共端连接，第五晶体管的栅极接偏置电压，第五晶体管的源极接地；所述第三晶体管的漏极为本电路的正输出端，所述第四晶体管的漏极为本电路的负输出端。本专利技术的技术特点及有益效果：1、利用Switch控制电感耦合和断开的方式来调节电感的感值，从而可以调节注入锁定分频器的自谐振频率。2、将所引入的电感L1作为耦合电感，不引入直流通路，不会增加额外的功耗。3、相比于传统的注入锁定分频器结构，可以将分频范围提高50％。附图说明图1为现有的注入锁定分频器电路的组成示意图；图2为本专利技术提出的基于电感值可变的注入锁定分频器电路的组成示意图；图3为本专利技术实施例的注入锁定分频器电路与现有注入锁定分频器电路的分频灵敏度曲线的仿真对比结果。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和特点更加清楚明确，下面结合附图及实施例对本专利技术进行详细说明与描述。本专利技术提出的一种基于电感值可变的注入锁定分频器电路结构，如图2所示，其特征在于，该注入锁定分频器电路组成包括：五个NMOS晶体管，两个电容，两个电感(其中L1为普通电感，L2为差分电感)；其中，电感L1、晶体管MN1组成第一电流回路，其余四个晶体管、两个电容和差分电感L2组成第二电流回路，所述两个电流回路之间通过两个电感发生耦合作用；上述各器件的连接关系为：电感L1的抽头端接地GND，另一端和NMOS晶体管MN1的漏极相连接，MN1的栅极和控制开关信号Switch相连接，MN1的源极接地；差分电感L2的抽头端接电源VDD,L2的另一端分别与NMOS晶体管MN2的漏极和源极连接，MN2的栅极接信号的输入端IN；电容C1一端接MN2的漏极，另一端和C2相连，C2的另一端和MN2的源极相连接；NMOS晶体管MN3和MN4的源极相连接，MN3的漏极和MN2的漏极相连接，MN3的栅极和MN4的漏极相连接，MN4的漏极和MN2的源极相连接，MN4的栅极和MN3的漏极相连接；NMOS晶体管MN5的漏极和MN3、MN4源极相连的公共端相连，MN5的栅极接偏置电压Vbias，MN5的源极接地GND；MN3的漏极为本电路的正输出端OUT+，MN4的漏极为本电路的负输出端OUT-；其中电感L1和差分电感L2之间发生耦合作用。本专利技术电路的工作原理为：当Switch＝0，即NMOS晶体管MN1断开的时候，电感LI、NMOS晶体管MN1所在的电流回路断开，电感L1和差分电感L2之间不发生耦合，总的电路回路的电感量由差分电感L2决定；当Switch＝1，即NMOS晶体管MN1打开的时候，电感LI、NMOS晶体管MN1所在的电流回路闭合，L1与差分电感L2之间形成反向的电磁场，总的回路的电感量减小，振荡频率升高。本专利技术提出的基于电感值可变的注入锁定分频器电路的实施例说明如下：本实施例采用TSMC 65nm CMOS工艺针对工作在太赫兹150GHz附近的频率进行分频，本实施例中各个元件的参数如表1所示：表1为了验证本专利技术提出的基于电感值可变的注入锁定分频器电路的正确性和实效性，和如图1所示的现有注入锁定分频器电路进行了对比仿真验证。两者使用的元件参数相同，如表1所示。以上实施例中的注入锁定分频器的分频灵敏度曲线仿真结果如图3给出。从图3结果来看，在相同的供电电压不引入额外的功耗的情况下，本专利技术实施例的注入锁定分频器可以实现从141GHz到159GHz范围内的分频，而传统的注入锁定分频器仅可以实现从141GHz到153GHz范围内的分频。可见，相比于传统的结构，本专利技术可以在不引入额外功耗的情况下，将分频器的分频范围提高50％。以上实施例验证了本专利技术的正确性和实效性。总之，以上所述仅为本专利技术在具体CMOS工艺下与具体太赫兹波段下注入锁定分频器的验证实例而已，并非用于限定本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于电感值可变的注入锁定分频器电路，其特征在于，该注入锁定分频器组成电路包括：五个NMOS晶体管，两个电容，两个电感；其中，电感(L1)、第一晶体管(MN1)组成第一电流回路，其余四个晶体管、两个电容和差分电感(L2)组成第二电流回路，所述两个电流回路之间通过两个电感发生耦合作用；上述各器件的连接关系为：电感(L1)的抽头端接地、另一端和第一晶体管的漏极相连接，第一晶体管的栅极和控制开关信号相连接，第一晶体管的源极接地；差分电感(L2)的抽头端接电源，差分电感(L2)的另一端分别与第二晶体管(MN2)的漏极、源极连接，第二晶体管的栅极接信号的输入端；第一电容(C1)一端接第二晶体管的漏极、另一端和第二电容(C2)相连，第二电容的另一端和第二晶体管的源极相连接；第三晶体管(MN3)的源极和第四晶体管(MN4)的源极相连接，第三晶体管的漏极和第二晶体管的漏极相连接，第三晶体管的栅极和第四晶体管的漏极相连接，第四晶体管的漏极和第二晶体管的源极相连接，第四晶体管的栅极和第三晶体管的漏极相连接；第五晶体管(MN5)的漏极和第三晶体管、第四晶体管源极相连的公共端连接，第五晶体管的栅极接偏置电压，第五晶体管的源极接地；所述第三晶体管的漏极为本电路的正输出端，所述第四晶体管的漏极为本电路的负输出端。...

【技术特征摘要】
1.一种基于电感值可变的注入锁定分频器电路，其特征在于，该注入锁定分频器组成电路包括：五个NMOS晶体管，两个电容，两个电感；其中，电感(L1)、第一晶体管(MN1)组成第一电流回路，其余四个晶体管、两个电容和差分电感(L2)组成第二电流回路，所述两个电流回路之间通过两个电感发生耦合作用；上述各器件的连接关系为：电感(L1)的抽头端接地、另一端和第一晶体管的漏极相连接，第一晶体管的栅极和控制开关信号相连接，第一晶体管的源极接地；差分电感(L2)的抽头端接电源，差分电感(L2)的另一端分别与第二晶体管(MN2)的漏极、源极连接，第二晶体管的栅极接信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：张雷，朱新新，王燕，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11