一种宽带增强型注入锁定四倍频器制造技术

本申请涉及集成电路技术领域，尤其涉及一种应用于毫米波雷达、通信等系统中的宽带增强型注入锁定四倍频器，包含两个注入锁定压控振荡器和两个谐波发生器，所述谐波发生器和所述注入锁定振荡器通过变压器网络实现连接和注入，通过宽带匹配网络选频后输出最终频率。本专利采用压控振荡器电路结构，利用晶体管非线性特性和注入锁定技术实现倍频功能，本申请的电路功耗大幅低于传统结构、芯片面积更小，具有低成本、低功耗、高集成度优势，更适合用于毫米波雷达、通信等系统中的高集成度SOC芯片。

A Broadband Enhanced Injection Locked Quadrupler

【技术实现步骤摘要】
一种宽带增强型注入锁定四倍频器
本申请涉及集成电路
，尤其涉及一种应用于毫米波雷达、通信等系统中的宽带增强型注入锁定四倍频器。
技术介绍
随着5G毫米波通信、卫星通信、毫米波雷达技术地不断发展，现代射频、微波电子系统对频率信号源的性能要求越来越高。在毫米波集成电路领域，有两种产生本振信号的方案：第一种，用直接工作在所需频率的锁相环产生本振；第二种，用低频率锁相环接倍频器产生本振。如果采用第一种锁相环方案，锁相环的核心元件压控振荡器需要工作在毫米波频段，由于在毫米波频率MOS管以及片上电感、电容性能较差，很难设计出满足系统需求的高性能压控振荡器。因此现代通信系统广泛采用第二种方案，即低频率锁相环接倍频器方案，在相位噪声、功耗、调谐范围等方面都能达到较高的性能。常用的倍频电路结构有二倍频、三倍频与四倍频的三种方案。二倍频器由于需要的基频较高，所需的锁相环设计难度大，而四倍频器由于器件中的四次谐波较小，导致四倍频器锁定带宽窄、输出功率较低，所以在一般应用中，三倍频器使用更广泛。然而随着现代电子系统地不断发展，5G毫米波通信、卫星通信、毫米波雷达等应用的频段已经高达Ka频段（27GHz~40GHz）及Ka以上频段，即使采用三倍频方案，输入基频信号也将超过10GHz，锁相环设计难度增大。因此一种锁定带宽更宽、输出功率更高的四倍频器，更适合实现低功耗、低相位噪声、高调谐范围的Ka频段及Ka以上频段的本振源。现有专利申请如专利申请号为201720852636.8，申请日为2017-07-14，名称为《一种Ka波段四倍频芯片》的技术专利，其技术方案为：本技术涉及倍频器
，尤其为本技术公开了一种Ka波段四倍频芯片，包括有基波放大器、四倍频器、Ka滤波器、四次谐波放大器，所述的Ka波段四倍频芯片采用结构形式为，放大、倍频、滤波、再放大的方案，实现了从X波段经过放大，驱动四倍频器、再四倍频到Ka频带内，经过滤波器，更进一步滤除杂波，再进行34-36GHz频带内的放大。上述对比专利采用传统的放大器电路结构，利用谐波放大技术，实现倍频功能；工作带宽窄、电路功耗高、芯片面积大，从而造成成本高、效率低的问题。
技术实现思路
为了克服现有技术中存在倍频器高功耗、高变频损耗、低锁定范围等问题，现在特别提出一种宽带增强型注入锁定四倍频器。为实现上述技术效果，本申请的技术方案如下：一种宽带增强型注入锁定四倍频器，其特征在于：包含两个注入锁定压控振荡器和两个谐波发生器，所述谐波发生器和所述注入锁定振荡器通过变压器网络实现连接和注入，通过宽带匹配网络选频后输出最终输出频率。进一步地，所述锁定压控振荡器包括第一注入锁定压控振荡器和第二注入锁定压控振荡器，所述谐波发生器包括第一谐波发生器和第二谐波发生器，所述第一注入锁定压控振荡器、第二注入锁定压控振荡器、第一谐波发生器和第二谐波发生器通过第一变压器网络、第二变压器网络和第三变压器网络实现连接和注入，通过宽带匹配网络选频后输出最终频率。所述第一变压器网络与第一注入锁定压控振荡器相连，所述第一注入锁定压控振荡器与第一谐波发生器相连，所述第一谐波发生器与第二变压器网络相连，所述第二变压器网络与第二注入锁定压控振荡器相连，所述第二注入锁定压控振荡器第二谐波发生器相连，所述第二谐波发生器与所述第三变压器网络相连，所述第三变压器网络分别与第二注入锁定压控振荡器和宽带匹配网络相连。所述谐波发生器包括一组NMOS对管，利用MOS管的非线性特性，对输入信号实现二次倍频。所述注入锁定压控振荡器采用电流复用交叉耦合结构，包括一对NMOS交叉耦合管、一对PNMOS交叉耦合管、电感以及变容管，该结构输出摆幅更大，注入效果更强。所述变压器网络、宽带匹配网络均包括多层金属线圈电感及MOM电容。所述第一注入锁定压控振荡器包含变压器网络中的电感L1、L2、可变电容管C1与C2、PMOS管M1与M2、NMOS管M3与M4；所述PMOS晶体管M1与M2组成交叉耦合对管，源级端与电源VDD相连，M1与M2组成的交叉耦合对管再与谐振网络相连；所述NMOS晶体管M3与M4组成交叉耦合对管，源级端与电源地相连，M3与M4组成的交叉耦合对管再与谐振网络相连；所述第一变压器网络中的电感L3、L4，一端与输入相连，一端与电阻R1相连，所述第一变压器网络中的电感L1、L2与可变电容管C1、C2组成谐振网络电路，实现选频作用，使所述压控振荡器正常振荡工作。所述第二注入锁定压控振荡器包含变压器网络中的电感L5、L6、可变电容管C3与C4、MOM电容C9、PMOS管M5与M6、NMOS管M7与M8；所述PMOS晶体管M5与M6组成交叉耦合对管，源级端与电源VDD相连，M5与M6组成的交叉耦合对管再与谐振网络相连；所述NMOS晶体管M7与M8组成交叉耦合对管，源级端与MOM电容C9、第三变压器网络相连，M7与M8组成的交叉耦合对管再与谐振网络相连；所述MOM电容C9与所述第三变压器网络中的电感L11、L12谐振在第二注入锁定压控振荡器的二倍频处，提高振荡器共模端的阻抗，进而提高由第三变压器网络二次注入时的信号功率；所述第二变压器网络中的电感L7、L8，与第一谐波发生器相连，所述第二变压器网络中的电感L5、L6与可变电容管C3、C4组成谐振网络电路，实现选频作用，使所述压控振荡器正常振荡工作。所述第一谐波发生器包含NMOS晶体管M9与M10、PMOS管M13、MOM电容C5与C6、电阻R2、R3与R6，利用NMOS晶体管的非线性特性来实现倍频功能；所述NMOS晶体管M9与M10，源级都与电源地相连，漏级相连后与第二变压器网络中的电感L7相连，晶体管栅极电压通过电阻R2、R3提供偏置；所述PMOS管M13漏级与第二变压器网络中的电感L8相连，源级与电源VDD相连，栅极电压通过电阻R6提供偏置；所述MOM电容C5与C6用于第一谐波发生器输入端电路隔直功能，输入端与第一注入锁定压控振荡器相连。所述第二谐波发生器包含NMOS晶体管M11与M12、PMOS管M14、MOM电容C7与C8、电阻R4、R5与R7，利用NMOS晶体管的非线性特性来实现倍频功能；所述NMOS晶体管M11与M12，源级都与电源地相连，漏级相连后与第三变压器网络中的电感L11相连，晶体管栅极电压通过电阻R4、R5提供偏置；所述PMOS管M14漏级与第三变压器网络中的电感L10相连，源级与电源VDD相连，栅极电压通过电阻R7提供偏置；所述MOM电容C7与C8用于第二谐波发生器输入端隔直功能，输入端与第二注入锁定压控振荡器相连；所述第二谐波发生器输出端与宽带匹配网络相连。所述宽带匹配网络包含第三变压器网络中的电感L10、PMOS管M14、MOM电容C10、电感L13与电阻R7；PMOS管源级接电源，栅极接电阻R7提供偏置，漏级与MOM电容C10，变压器网络中的电感L10相连；所述宽带匹配网络利用电感、电容实现宽带匹配，使倍频器输出带宽、信号功率最大化。所述第一变压器网络包括主线圈电感L1与L2、副线圈电感L3与L4；主线圈电感与输入信号相连，副线圈电感与第一注入锁定压控振荡器相连；变压器网络中的L1与L3相耦合，L2与L4相耦合，通过耦合作用把输入信号耦合到第一注入锁本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种宽带增强型注入锁定四倍频器，其特征在于：包含两个注入锁定压控振荡器和两个谐波发生器，所述谐波发生器和所述注入锁定振荡器通过变压器网络实现连接和注入，通过宽带匹配网络（105）选频后输出最终频率。

【技术特征摘要】
1.一种宽带增强型注入锁定四倍频器，其特征在于：包含两个注入锁定压控振荡器和两个谐波发生器，所述谐波发生器和所述注入锁定振荡器通过变压器网络实现连接和注入，通过宽带匹配网络（105）选频后输出最终频率。2.根据权利要求1所述的一种宽带增强型注入锁定四倍频器，其特征在于：所述锁定压控振荡器包括第一注入锁定压控振荡器（101）和第二注入锁定压控振荡器（102），所述谐波发生器包括第一谐波发生器（103）和第二谐波发生器（104），所述第一注入锁定压控振荡器（101）、第二注入锁定压控振荡器（102）、第一谐波发生器（103）和第二谐波发生器（104）通过第一变压器网络（106）、第二变压器网络（107）和第三变压器网络（108）实现连接和注入，通过宽带匹配网络（105）选频后输出最终输出频率。3.根据权利要求2所述的一种宽带增强型注入锁定四倍频器，其特征在于：所述第一变压器网络（106）与第一注入锁定压控振荡器（101）相连，所述第一注入锁定压控振荡器（101）与第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐攀，宋柏，章圣长，吴沁阳，陈小浪，刘秋实，
申请(专利权)人：成都瑞迪威科技有限公司，
类型：新型
国别省市：四川,51