一种CMOS毫米波有源准环形器制造技术

本发明专利技术属于毫米波通信领域，具体为一种CMOS毫米波有源准环形器，用以克服传统铁氧体环形器体积大、成本高、且难以实现芯片内的集成的问题，本发明专利技术毫米波有源准环形器基于CMOS工艺，不仅成本低、体积小、隔离度高，而且能够很好的和系统集成；同时，本发明专利技术采用一对变压器型差分电感，显著提高了CMOS工艺中电感的品质因数，进一步降低了环形器的插入损耗，并且减小了芯片的面积，进一步节约了成本。综上，本发明专利技术提供一种成本低、体积小、隔离度高、且易于集成的毫米波有源准环形器。

A CMOS millimeter wave active quasi circulator

【技术实现步骤摘要】
一种CMOS毫米波有源准环形器
本专利技术属于毫米波通信领域，具体为一种CMOS毫米波有源准环形器。
技术介绍
随着智能手机等设备的普及，2.4GHz频段目前已经基本饱和，而在802.11ac推出后，预计5GHz频段也将很快趋于饱和；届时，5GHz及以下的无线电频谱将逐渐稀缺；而与此同时，许多处在毫米波频段的频谱并没有被利用，因此毫米波通信可以大大增加频谱带宽，从而提高数据传输速率。全双工通信要求数据同频同时收发，因此全双工收发机相比于半双工收发机具有频带利用率高，传输速率快等优点。一种常见的全双工收发机如图5所示，在全双工收发系统中，环形器连接着功率放大器(PA)，收发天线(ANT)和低噪声放大器(LNA)，它的作用是将PA的输出传递到ANT，同时将ANT端口的输入传递到LNA；环形器起到了控制信号流向的作用，是全双工收发系统中的重要组成部分。由于铁氧体器件具有良好的非互易特性，传统的微波毫米波环形器通常由铁氧体器件制作；如公布号为CN109167135A的专利文献中公开了一种铁氧体环形器，这种铁氧体环形器工作在微波频段，具有良好的匹配特性。但是随着无线通信技术的快速发展，现代无线通信系统对于集成度和成本的要求越来越高；铁氧体环形器成本高、体积大、难以集成在全双工收发机芯片中；而互补金属氧化物半导体(CMOS)技术具有成本低、可靠性高等优点，更为重要的是CMOS技术可以将无线收发系统的所有模块集成在一片芯片上，大大提高了集成度。因此，提供基于CMOS工艺设计高性能的环形器有很大的研究意义。<br>
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对传统铁氧体环形器体积大、成本高、且难以实现芯片内的集成的问题，提供一种基于CMOS工艺的新型毫米波有源准环形器，进一步降低损耗、提高隔离度。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种CMOS毫米波有源准环形器，包括：NMOS晶体管M1、NMOS晶体管M1M2，PMOS晶体管P1，隔直电容C1、隔直电容C2、隔直电容C3、隔直电容C4、隔直电容C5，偏置电阻R1、偏置电阻R2，变压器型差分电感L1、变压器型差分电感L2、且两个电感的耦合系数为k；其特征在于：所述隔直电容C1一端连接TX端口、另一端连接NMOS晶体管M1的栅极，所述偏置电阻R1一端连接偏置电压Vb1、另一端连接NMOS晶体管M1的栅极，所述隔直电容C4一端连接NMOS晶体管M1的栅极、另一端连接NMOS晶体管M2的栅极，所述NMOS晶体管M1的漏极与电源电压VDD相连、所述NMOS晶体管M1的源极与PMOS晶体管P1的源极相连；所述隔直电容C2一端连接ANT端口、另一端与NMOS晶体管M1及PMOS晶体管P1的源极相连，所述偏置电阻R2一端连接偏置电压Vb2、另一端连接NMOS晶体管M2的栅极，所述变压器型差分电感L1一端连接电源电压VDD、另一端连接NMOS晶体管M2的漏极，所述NMOS晶体管M2的源极与地相连；所述隔直电容C3一端连接RX端口、另一端连接PMOS晶体管P1的漏极，所述隔直电容C5一端连接NMOS晶体管M2的漏极、另一端连接PMOS晶体管P1的漏极，所述变压器型差分电感L2一端连接PMOS晶体管P1的漏极、另一端与地相连，所述PMOS晶体管P1的栅极与地相连。本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供一种CMOS毫米波有源准环形器，该有源准环形器基于CMOS工艺，不仅成本低、体积小、隔离度高，而且能够很好的和系统集成；同时，本专利技术采用一对变压器型差分电感，显著提高了CMOS工艺中电感的品质因数，进一步降低了环形器的插入损耗，并且减小了芯片的面积，进一步节约了成本。综上，本专利技术提供一种成本低、体积小、隔离度高、且易于集成的毫米波有源准环形器。附图说明图1为本专利技术CMOS毫米波有源准环形器的电路原理图。图2为本专利技术CMOS毫米波有源准环形器发射通路的电路原理图。图3为本专利技术CMOS毫米波有源准环形器的接收通路的电路原理图。图4为本专利技术CMOS毫米波有源准环形器的TX端口入射信号路径示意图。图5为常见的全双工收发机结构示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步详细说明。本实施例提供一种CMOS毫米波有源准环形器，其电路原理图如图2所示，该有源准环形器有三个端口：TX端、ANT端和RX端，分别代表有源准环形器连接的发射通路、天线和接收通路；该有源准环形器工作时，来自发射通路的发射信号从TX端口传递到ANT端口，与此同时，来自天线的接收信号从ANT端口传递到RX端口。进一步的，本实施例中有源准环形器包括：NMOS晶体管M1、NMOS晶体管M2，PMOS晶体管P1，隔直电容C1、隔直电容C2、隔直电容C3、隔直电容C4、隔直电容C5，偏置电阻R1、偏置电阻R2，变压器型差分电感L1、变压器型差分电感L2、且两个电感的耦合系数为k；其中：所述隔直电容C1一端连接TX端口、另一端连接NMOS晶体管M1的栅极，所述偏置电阻R1一端连接偏置电压Vb1、另一端连接NMOS晶体管M1的栅极，所述隔直电容C4一端连接NMOS晶体管M1的栅极、另一端连接NMOS晶体管M2的栅极，所述NMOS晶体管M1的漏极与电源电压VDD相连、所述NMOS晶体管M1的源极与PMOS晶体管P1的源极相连；所述隔直电容C2一端连接ANT端口、另一端与NMOS晶体管M1及PMOS晶体管P1的源极相连，所述偏置电阻R2一端连接偏置电压Vb2、另一端连接NMOS晶体管M2的栅极，所述变压器型差分电感L1一端连接电源电压VDD、另一端连接NMOS晶体管M2的漏极，所述NMOS晶体管M2的源极与地相连；所述隔直电容C3一端连接RX端口、另一端连接PMOS晶体管P1的漏极，所述隔直电容C5一端连接NMOS晶体管M2的漏极、另一端连接PMOS晶体管P1的漏极，所述变压器型差分电感L2一端连接PMOS晶体管P1的漏极、另一端与地相连，所述PMOS晶体管P1的栅极与地相连。上述有源准环形器在发射通路部分的电路原理图如图2所示，来自系统发射链路的信号从TX端口进入，经过隔直电容C1、共漏晶体管M1和隔直电容C2后到达ANT端口，这样一个共漏结构实现了从TX端口到ANT端口很低的插入损耗，同时实现了ANT端口到TX端口很高的隔离度。在本专利技术中，晶体管M1的栅极还通过大电阻R1连接到偏置电压Vb1上，这是为了提供晶体管M1的静态工作点。上述有源准环形器在接收通路部分的电路原理图如图3所示，来自天线端口的信号从ANT端口进入，经过隔直电容C2、共栅晶体管P1和隔直电容C3后到达RX端口。这样一个共栅结构实现了从ANT端口到RX端口很低的插入损耗，同时实现了从RX端口到ANT端口很高的隔离度。根据上文的分析，共漏晶体管M1和共栅晶体管P1的使用也实现了RX端口到TX端口很高的隔离度。同时，TX端口到RX端口的隔离度也是环形器的重要指标之一。如图1所示的原理图引入了一个共源晶体管M本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种CMOS毫米波有源准环形器，包括：NMOS晶体管M

【技术特征摘要】
1.一种CMOS毫米波有源准环形器，包括：NMOS晶体管M1、NMOS晶体管M2，PMOS晶体管P1，隔直电容C1、隔直电容C2、隔直电容C3、隔直电容C4、隔直电容C5，偏置电阻R1、偏置电阻R2，变压器型差分电感L1、变压器型差分电感L2、且两个电感的耦合系数为k；其特征在于：
所述隔直电容C1一端连接TX端口、另一端连接NMOS晶体管M1的栅极，所述偏置电阻R1一端连接偏置电压Vb1、另一端连接NMOS晶体管M1的栅极，所述隔直电容C4一端连接NMOS晶体管M1的栅极、另一端连接NMOS晶体管M2的栅极，所述NMOS晶体管M1的漏极与电源电压VDD相连、所述NMOS晶体管M1的源极与P...

【专利技术属性】
技术研发人员：康凯，张天，吴韵秋，赵晨曦，刘辉华，余益明，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51