晶体管结构及其设计方法技术

技术编号:15450718 阅读:37 留言:0更新日期:2017-05-31 12:30
晶体管可以被用于各种基于电子的应用。因此,晶体管效率和性能很重要。在这里根据注入锁定分频器中交叉耦合对管及对称注入晶体管连接方式,提出了一种新型晶体管结构,通过减少与晶体管组件相连的寄生电容来增加注入锁定分频器的锁定范围。

Transistor structure and design method thereof

Transistors can be used in a variety of electronic applications. As a result, transistor efficiency and performance are important. Here according to the injection locked frequency divider in the cross coupling of tube and symmetrical injection transistor connection mode, put forward a new type of transistor structure, to increase the injection locking range locked frequency divider by reducing the parasitic capacitance is connected with the transistor assembly.

【技术实现步骤摘要】
晶体管结构及其设计方法
本专利技术总体涉及晶体管。更具体地,本专利技术涉及增强晶体管性能。
技术介绍
晶体管是一种用来放大和开关电子信号和电功率的半导体器件。它由半导体材料组成,带有至少三个用于连接到外部电路的端子。施加到一对晶体管端子的电压或电流改变通过另一对端子的电流。由于受控的(输出)功率可以高于控制(输入)功率,所以晶体管可以放大信号。一些晶体管被单独封装,更多个晶体管被嵌入到集成电路中。利用晶体管它们的能力来使用施加在它的一对端子之间的小的信号来控制另一对端子处的更大的信号。该特性被称为增益。它可以产生与较弱的输入信号成比例的较强输出信号、电压或电流;即,它可以充当放大器。可替换地,晶体管可以被用于作为电控开关来导通或切断电路中的电流,这里电流的大小由其他电路元件确定。存在两种类型的晶体管,它们在如何在电路中被使用方面具有轻微差异。双极型晶体管具有称为基极、集电极和发射极的端子。基极端子处(即,在基极和发射极之间流动)的小的电流可以控制或开关集电极端子和发射极端子之间的大得多的电流。对于场效应晶体管,端子被称为栅极、源极和漏极,并且栅极处的电压可以控制源极和漏极之间的电流。上面描述的涉及的晶体管的
技术介绍
仅被用来提供对晶体管的背景概述,并且不意图是穷尽的。通过查看下面的详细描述,关于晶体管的其他背景可以变得更加显而易见。
技术实现思路
本文提供简化的
技术实现思路
,以帮助能够对以下更加详细的描述和附图中的示例性、非限制性的实施例的各个方面进行基本的或一般的理解。然而,该
技术实现思路
不意图来作为广泛或穷尽的概述。相反,该
技术实现思路
的目的是以简化形式呈现与一些例示性、非限制性的实施例相关的概念,作为在本公开文本随后的各个实施例的更详细描述的前奏。本专利技术的目的是发展一种手段,用于改进电路结构中一些特殊连接方式的晶体管的结构,有利于改进电路性能。对注入锁定分频器(ILFD)而言,它的锁定范围可以是锁相环(PLL)中的输出频率范围,对此,它能保持被锁定,并且受限于压控振荡器(VCO)的输出范围。锁相环是产生输出信号的控制系统,输出信号的相位与输入信号的相位相关。该振荡器产生周期性信号。相位检测器可以将该信号的相位与稳定的输入信号的相位比较,通过调节该振荡器来保持相位匹配。将输出信号返回到输入信号用于比较可以被定义为反馈环,这是因为输出可以“反馈”到输入而形成环。在锁定步骤保持输入相位和输出相位也可以保持输入频率和输出频率相同。结果,除了同步信号之外,锁相环可以追踪输入频率,或者它可以产生为输入频率数倍的频率。这些特性可以被用于计算机时钟同步、解调和频率合成。锁相环在无线电、电通信、计算机和其他电子应用中被广泛采用。他们可以被用来解调信号、从噪声信道恢复信号,产生数倍于输入频率的稳定的频率(频率合成),或在例如为微处理器的数字逻辑电路中分配精确计时的时钟脉冲。由于单个的集成电路可以提供完整的锁相环模块,所以该技术被广泛使用在现代计算机设备中,它们的输出频率从几分之一赫兹到几千兆赫兹(GHz)。寄生电容是不可避免并且通常不希望有的电容,其仅简单地因为电子组件或电路的零件彼此邻近而存在于它们之间。低寄生和共质心(common-centroid)晶体管结构注入锁定分频器(IFLD)可以使得电路连线简化,减小了互连的寄生电容和电阻,减小了源极和漏极与本体的寄生电容,并且提供了固有的共质心特征,所有这些都有益于改进互补金属氧化物半导体(CMOS)ILFD的高频和宽锁定范围性能。本专利技术提出的晶体管结构已经被应用于65nm的CMOS技术的60GHz的ILFD设计,电源电压0.5V,电流消耗7.5mA。试验结果可以验证该ILFD具有16.9GHz的锁定范围,工作在53.8-70.7GHz而不需要变容管调谐。本专利技术可以被应用到高频PLL系统中的分频器链的第一级联。由于60GHz左右的频率已经被开放用于无需执照的应用,因此这样的PLL可以被使用在千兆/点到点链路、无线局域网、高数据率无线个人局域网和雷达的前端系统中。在CMOS技术中,ILFD可以具有低功耗和高频性能。然而,ILFD可能受制于较窄的锁定范围。变容管(Varactor)可以被用在ILFD中来增大锁定范围,但是在VCO和分频器中的变容管之间的控制电压需要被同步,这显著地增加了PLL系统设计的复杂性。本专利技术可以使用源极被连接到地的对称注入晶体管,在一个标准射频(RF)晶体管单元中放置所有的有源器件。对称注入结构可以增加每个周期中的注入电流和注入时间,这可以增大锁定范围。ILFD核心中的所有的有源器件可以被构建在一个新型晶体管单元上,这可以减小电感器-电容器(LC)回路的寄生电容,增大ILFD的工作频率和锁定范围。提出的ILFD对于现有的ILFD具有若干优点,其中锁定范围最大达到60Hz的频带需求而不需要变容管调谐。所以,ILFD的宽工作频率范围可以覆盖由集成的螺旋电感或寄生电容的制程变化导致的中心工作频率的偏移。不需变容管调谐则可以简化VCO和ILFD之间的PLL的控制。本文描述的系统、方法、制品以及其他实施例和实施方式可以促进增强晶体管性能并且可以与任何类型的无线电、电通信、计算机和其他电子应用设备结合实施。根据一个实施例,这里描述了一种晶体管机构,用于注入锁定分频器中,通过减小寄生电容来增大ILFD的锁定范围。。该结构包括了交叉耦合的注入晶体管、对称注入晶体管以及互连节点,其中所述互连节点连接它们各自的注入晶体管的源极、漏极和栅极。这里描述了一种方法,用于改进四端口晶体管。该方法可以包括将四个晶体管改进到标准射频晶体管单元中,四个晶体管包括两个交叉耦合晶体管和两个对称注入晶体管。该交叉耦合晶体管的源极及对称注入晶体管的源极被连到地。这里描述了一种晶体管结构,用于减小寄生电容来促进的晶体管性能,增大注入锁定分频器的锁定范围。该结构包括交叉耦合晶体管,对称注入晶体管以及互连节点,其中所述互连节点包括三个源极、两个漏极和四个栅极。这些和其他实施例或实施方式在下面将参考附图更详细描述。附图说明参照下面的附图来描述本专利技术的非限制性和非穷尽实施例,其中除非特别指出,在所有各个视图中,相同的附图标记指代相同的组件。图1示出直接注入(directinjection)CMOS锁定分频器的例示示意图。图2示出对称注入(symmetryinjection)锁定分频器装置的例示示意图。图3示出四端口晶体管的例示示意图。图4示出用于注入锁定分频器电路的输入灵敏度曲线的例示示意图。图5示出注入锁定分频器电路的相位噪声曲线的例示示意图。图6示出用于将四个晶体管形成到晶体管单元上的例示方法。图7示出用于将四个晶体管形成到晶体管单元上的方法的系统框图的例示示意图,其包括将对称注入晶体管源极连接到地。图8示出包括三个源极、两个漏极和四个栅极的对称注入锁定分频器的系统框图的例示示意图。图9示出包括三个源极、两个漏极和四个栅极且其中第三源极包括地的对称注入锁定分频器的系统框图的例示示意图。图10示出包括三个源极、两个漏极和四个栅极且其中第一对称注入晶体管和第二对称注入晶体管为NMOS晶体管的对称注入锁定分频器的系统框图的例示示意图。具体实施方式在下面的描述中,多个特定的细节被提出以提供对各个实施例的全本文档来自技高网...
晶体管结构及其设计方法

【技术保护点】
一种晶体管结构,包括:第一交叉晶体管,包括第一源极;第二交叉晶体管,包括第二源极,其中所述第一交叉晶体管和所述第二交叉晶体管被交叉耦合,并且其中所述第一源极和所述第二源极被连接到第一地;第一对称注入晶体管,包括第三源极;第二对称注入晶体管,包括第四源极,其中所述第三源极和所述第四源极被连接到第二地;第一节点,包括:所述第一交叉晶体管的第一漏极;所述第二交叉晶体管的第一栅极;以及所述第一对称注入晶体管的第二漏极;第二节点,包括:所述第二交叉晶体管的第三漏极;所述第一交叉晶体管的第二栅极;以及所述第二对称注入晶体管的第四漏极;以及第三节点,包括:所述第一对称注入晶体管的第三栅极;以及所述第二对称注入晶体管的第四栅极。

【技术特征摘要】
2015.07.27 US 14/809,8121.一种晶体管结构,包括:第一交叉晶体管,包括第一源极;第二交叉晶体管,包括第二源极,其中所述第一交叉晶体管和所述第二交叉晶体管被交叉耦合,并且其中所述第一源极和所述第二源极被连接到第一地;第一对称注入晶体管,包括第三源极;第二对称注入晶体管,包括第四源极,其中所述第三源极和所述第四源极被连接到第二地;第一节点,包括:所述第一交叉晶体管的第一漏极;所述第二交叉晶体管的第一栅极;以及所述第一对称注入晶体管的第二漏极;第二节点,包括:所述第二交叉晶体管的第三漏极;所述第一交叉晶体管的第二栅极;以及所述第二对称注入晶体管的第四漏极;以及第三节点,包括:所述第一对称注入晶体管的第三栅极;以及所述第二对称注入晶体管的第四栅极。2.根据权利要求1所述的结构,其中所述第一对称注入晶体管和所述第二对称注入晶体管为N型金属氧化物半导体场效应晶体管。3.根据权利要求1所述的装置,其中所述第一交叉晶体管和所述第二交叉晶体管为N型金属氧化物半导体场效应晶体管。4.根据权利要求1所述的装置,其中所述第一对称注入晶体管、所述第二对称注入晶体管、所述第一交叉晶体管以及所述第二交叉晶体管被形成在单个晶体管单元上。5.根据权利要求1所述的装置,进一步包括:电感器,其中在所述电感器的中点存在电触点。6.根据权利要求5所述的装置,其中所述电感器为标准电感器。7.根据权利要求5所述的装置,其中所述电感器为对称电感器。8.根据权利要求1所述的装置,其中所述第一交叉晶体管和所述第二交叉晶体管为N型金属氧化物半导体场效应晶体管。9.一种方法,包括:形成包括第一交叉晶体管、第二交叉晶体管、第一对称注入晶体管和第二对称注入晶体管的四端口晶体管;连接所述第一交叉晶体管的第一漏极、所述第一对称注入晶体管的第二漏极和所述第二交叉晶体管的第一栅极到第一端口;连接所述第一对称注入晶体管的第二栅极和所述第二对称注入晶体管的第三栅极到第二端口;连接所述第二交叉晶体管的第三漏极、所述第二对称注入晶体管的第四漏极以及第二交叉晶体管的第四栅极到...

【专利技术属性】
技术研发人员:薛泉周海峰岑鉴文
申请(专利权)人:香港城市大学
类型:发明
国别省市:中国香港,81

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