一种基于环形结构的双推‑推压控振荡器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于环形结构的双推‑推压控振荡器。利用四级反相放大器构成的环形振荡器中输出信号之间的相位关系、结合谐波选择元件抽取各输出信号中的四次谐波，再把其中同相的信号两两功率合成后形成差分输出，构建差分输出的双推‑推压控振荡器，该结构在工艺受限情况下，可以有效提高差分本振输出信号的频率和功率，为毫米波、亚毫米波、特别是太赫兹频段收发前端提供高品质差分本振信号。

【技术实现步骤摘要】
一种基于环形结构的双推-推压控振荡器
本专利技术属于微电子学
，涉及一种基于环形结构的双推-推压控振荡器。
技术介绍
太赫兹(TeraHertz,THz)波是指频率在0.1～10THz(波长0.03-3mm)范围内的电磁波，其波段介于微波与远红外光之间，是电磁波频谱中有待研究的最后一个频谱窗口。太赫兹波结合了微波和红外光波的诸多优点，具有很多特殊的性质，如瞬态性、宽带性、相干性和很好的穿透性等，因此太赫兹频段在医学成像、高速无线通信、雷达遥感探测、反恐缉毒等领域具有重大的应用前景和独特的优势。太赫兹源是实现太赫兹应用的瓶颈，也是太赫兹研究中最基本和最急迫的问题。基于光子学和真空电子学的太赫兹源具有输出波长短、辐射功率高等优点，在远距离成像和非破坏高穿透波普研究等领域得到应用；但存在所需设备的体积庞大、能耗高、输出稳定性差等缺点，应用领域受到限制。随着半导体工艺的进步和器件性能的快速提高，太赫兹单片集成电路(TeraHertzMonolithicIntegratedCircuits,TMIC)成为实现高稳定、可调谐、小型化太赫兹源的有效方式。相对GaAs、InP等III-IV族化合物工艺，硅基CMOS工艺更具有成本低、集成度高、功耗低等优势。因此，对硅基CMOS太赫兹信号源展开研究具有重要的科学意义和广阔的应用前景。压控振荡器是实现太赫兹信号源的关键电路，压控振荡器的性能决定着太赫兹信号源的输出频率、输出功率和功耗等。其中，对CMOS工艺实现的太赫兹信号源而言，由于有源器件截止频率的限制，压控振荡器的输出频率受限，目前已报到的基于CMOS工艺实现的振荡器的最高输出频率小于400GHz。为了在给定工艺下实现更高频率的输出，可以采用推-推的方式抽取振荡器输出信号中的二次谐波分量，如图1所示。在这种结构中，振荡器中的有源器件工作在输出信号频率的1/2处，因此在相同的工艺情况下振荡器的输出频率可以提高两倍。另一种产生更高频率震荡信号的电路为双推-推压控振荡器，如图2所示。该振荡器抽取振荡器输出信号中的四次谐波分量，振荡器中的有源器件工作在输出信号频率的1/4处，因此在相同的工艺情况下振荡器的输出频率可以提高四倍。但上述推-推压控振荡器或双推-推压控振荡器的缺点是只能输出单端信号，在需要差分信号的场合不适用。另一方面，CMOS器件较低的击穿电压、衬底损耗等也导致CMOS太赫兹信号源的输出功率较低。对推-推压控振荡器来说，由于输出信号为震荡信号的二次谐波，输出信号功率很低；对双推-推压控振荡器，其输出信号的功率更低。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提出一种基于环形结构的双推-推压控振荡器。利用四级反相放大器构成的环形振荡器中输出信号之间的相位关系、结合谐波选择元件抽取各输出信号中的四次谐波，再把其中同相的信号两两功率合成后形成差分输出，构建差分输出的双推-推压控振荡器；本专利技术一种基于环形结构的双推-推压控振荡器包括四级延迟单元和两个谐波选择单元，第一级延迟单元的第一输出端连接第二级延迟单元的同相输入端，第一级延迟单元的第二输出端连接第二级延迟单元的反相输入端；第二级延迟单元的第一输出端连接第三级延迟单元的同相输入端，第二级延迟单元的第二输出端连接第三级延迟单元的反相输入端；第三级延迟单元的第一输出端连接第四级延迟单元的同相输入端，第三级延迟单元的第二输出端连接第四级延迟单元的反相输入端；第四级延迟单元的第一输出端连接第一级延迟单元的反相输入端，第四级延迟单元的第二输出端连接第一级延迟单元的同相输入端；第一级延迟单元的外部电压控制端、第二级延迟单元的外部电压控制端、第三级延迟单元的外部电压控制端、第四级延迟单元的外部电压控制端连接，作为双推-推压控振荡器的电压控制端；第一级延迟单元的第三输出端连接第一谐波选择单元的第一输入端；第二级延迟单元的第三输出端连接第二谐波选择单元的第二输入端；第三级延迟单元的第三输出端连接第一谐波选择单元的第二输入端；第四级延迟单元的第三输出端连接第二谐波选择单元的第一输入端。第一谐波选择单元的第三输入端、第二谐波选择单元的第三输入端接电源VDD。每级延迟单元包括四个NMOS管、两个变容管和两个电感。第一NMOS管的栅极、第二NMOS管的漏极、第四NMOS管的漏极、第二变容管的一端和第二电感的一端连接，作为延迟单元的第二输出端；第二NMOS管的栅极、第一NMOS管的漏极、第三NMOS管的漏极、第一变容管的一端和第一电感的一端连接，作为延迟单元的第一输出端；第三NMOS管的栅极接延迟单元的同相输入端；第四NMOS管的栅极接延迟单元的反相输入端；第一电感的另一端与第二电感的另一端相连，作为延迟单元的第三输出端；第一变容管的另一端与第二变容管的另一端连接，作为延迟单元的外部电压控制端；每个谐波选择单元包括三段传输线，第一传输线的一端作为谐波选择单元的第一输入端；第二传输线的一端作为谐波选择单元的第二输入端；第三传输线的一端作为谐波选择单元的第三输入端；第一传输线的另一端、第二传输线的另一端和第三传输线的另一端连接，作为谐波选择单元的输出端；所述的第一传输线、第二传输线和第三传输线的长度为四级延迟单元所构成环路的震荡信号四次谐波频率处波长的1/4。本专利技术在输出四次谐波提高输出信号频率的基础上，实现了输出信号功率的增加和差分的输出形式。附图说明图1为一种单端输出推-推压控振荡器结构；图2为一种单端输出双推-推压控振荡器结构；图3为本专利技术基于环形结构的双推-推压控振荡器结构；图4为图3中延迟单元的结构；图5为图3中谐波选择单元的结构。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的说明。如图3所示，本专利技术一种基于环形结构的双推-推压控振荡器包括四级延迟单元和两个谐波选择单元，第一级延迟单元D1的第一输出端Vout+连接第二级延迟单元D2的同相输入端Vin+，第一级延迟单元D1的第二输出端Vout-连接第二级延迟单元D2的反相输入端Vin-；第二级延迟单元D2的第一输出端Vout+连接第三级延迟单元D3的同相输入端Vin+，第二级延迟单元D2的第二输出端Vout-连接第三级延迟单元D3的反相输入端Vin-；第三级延迟单元D3的第一输出端Vout+连接第四级延迟单元D4的同相输入端Vin+，第三级延迟单元D3的第二输出端Vout-连接第四级延迟单元D4的反相输入端Vin-；第四级延迟单元D4的第一输出端Vout+连接第一级延迟单元D1的反相输入端Vin-，第四级延迟单元D4的第二输出端Vout-连接第一级延迟单元D1的同相输入端Vin+；第一级延迟单元D1的外部电压控制端Vtune、第二级延迟单元D2的外部电压控制端Vtune、第三级延迟单元D3的外部电压控制端Vtune、第四级延迟单元D4的外部电压控制端Vtune连接，作为双推-推压控振荡器的电压控制端Vctrl；第一级延迟单元D1的第三输出端Vext连接第一谐波选择单元S1的第一输入端Vin1；第二级延迟单元D2的第三输出端Vext连接第二谐波选择单元S2的第二输入端Vin2；第三级延迟单元D3的第三输出端Vext连接第一谐波选择单元S1的第二输入端Vin2；第四级延迟单元D4的第三输出端Vext连接第二谐波选择单元本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于环形结构的双推‑推压控振荡器，其特征在于：包括四级延迟单元和两个谐波选择单元，第一级延迟单元的第一输出端连接第二级延迟单元的同相输入端，第一级延迟单元的第二输出端连接第二级延迟单元的反相输入端；第二级延迟单元的第一输出端连接第三级延迟单元的同相输入端，第二级延迟单元的第二输出端连接第三级延迟单元的反相输入端；第三级延迟单元的第一输出端连接第四级延迟单元的同相输入端，第三级延迟单元的第二输出端连接第四级延迟单元的反相输入端；第四级延迟单元的第一输出端连接第一级延迟单元的反相输入端，第四级延迟单元的第二输出端连接第一级延迟单元的同相输入端；第一级延迟单元的外部电压控制端、第二级延迟单元的外部电压控制端、第三级延迟单元的外部电压控制端、第四级延迟单元的外部电压控制端连接，作为双推‑推压控振荡器的电压控制端；第一级延迟单元的第三输出端连接第一谐波选择单元的第一输入端；第二级延迟单元的第三输出端连接第二谐波选择单元的第二输入端；第三级延迟单元的第三输出端连接第一谐波选择单元的第二输入端；第四级延迟单元的第三输出端连接第二谐波选择单元的第一输入端；第一谐波选择单元的第三输入端、第二谐波选择单元的第三输入端接电源VDD。...

【技术特征摘要】
1.一种基于环形结构的双推-推压控振荡器，其特征在于：包括四级延迟单元和两个谐波选择单元，第一级延迟单元的第一输出端连接第二级延迟单元的同相输入端，第一级延迟单元的第二输出端连接第二级延迟单元的反相输入端；第二级延迟单元的第一输出端连接第三级延迟单元的同相输入端，第二级延迟单元的第二输出端连接第三级延迟单元的反相输入端；第三级延迟单元的第一输出端连接第四级延迟单元的同相输入端，第三级延迟单元的第二输出端连接第四级延迟单元的反相输入端；第四级延迟单元的第一输出端连接第一级延迟单元的反相输入端，第四级延迟单元的第二输出端连接第一级延迟单元的同相输入端；第一级延迟单元的外部电压控制端、第二级延迟单元的外部电压控制端、第三级延迟单元的外部电压控制端、第四级延迟单元的外部电压控制端连接，作为双推-推压控振荡器的电压控制端；第一级延迟单元的第三输出端连接第一谐波选择单元的第一输入端；第二级延迟单元的第三输出端连接第二谐波选择单元的第二输入端；第三级延迟单元的第三输出端连接第一谐波选择单元的第二输入端；第四级延迟单元的第三输出端连接第二谐波选择单元的第一输入端；第一谐波选择单元的第三输入端、第二谐波选择单元的第...

【专利技术属性】
技术研发人员：高海军，孙玲玲，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33