宽带注入锁定倍频器制造技术

本发明专利技术公开了宽带注入锁定倍频器，采用双注入式结构，包含两个谐波发生器和一个注入锁定振荡器。其中谐波发生器用于产生二次及以上谐波信号，注入锁定振荡器用于锁定谐波发生器产生的谐波信号，两个谐波发生器和注入锁定振荡器通过各自内部自带的电感组成的变压器耦合相连；两个谐波发生器将输入的基波信号转换成两路谐波信号，然后分别通过变压器耦合到注入锁定振荡器，实现倍频。相比于传统结构，本发明专利技术的宽带注入锁定倍频器，在输入功率较小时仍具有较宽的锁定范围，并具备超宽带宽、低输入灵敏度、低功耗、高集成度等优点。

Broadband injection locking frequency multiplier

【技术实现步骤摘要】
宽带注入锁定倍频器
本专利技术涉及宽带注入锁定倍频器，属于微电子与固体电子学的射频与模拟集成电路

技术介绍
近年来无线通信技术发展迅速，对于毫米波和太赫兹频段的开发越来越成为热点，高集成度、高宽带和低功耗的无线收发机设计变得非常重要。无线收发机系统依赖可靠的中频信号使得系统具备更佳的性能。倍频器作为中频信号产生链路中的重要组成部分，完成将基波频率倍频的功能。在中频信号的使用中，需要经常性的采取倍频措施以提高系统性能。在超外差接收机架构或二次变频零中频收发机架构中，需要使用到一高一低两个中频信号。在收发机中，通常采用锁相环为其提供可靠而稳定的中频信号，但是单个锁相环带宽有限并且只能提供单一中频信号，在需要使用多个中频信号的系统中，采取多个锁相环，在芯片面积和功耗考虑上是不合理的，因此需要对锁相环的输出进行倍频或者分频以灵活调整中频频率。下一代5G无线通信，要求MIMO收发机支持28GHz，37GHz和39GHz，提供如此宽范围的中频频率将是一项艰巨的挑战。未来在E波段(60～90GHz)和W波段(75GHz～110GHz)中将实现更宽带的超高速速率无线通信，在此频率范围及以上频率内设计压控振荡器获得良好的相位噪声和较低的功耗，设计难度巨大，利用倍频器将更低频率信号倍频的方案可以降低设计难度，并获得更好的相位噪声，其中注入锁定倍频器作为一种低功耗设计，将使得最终的功耗控制在较低范围。理想反相器在某频率处总相移达到360°时，若满足巴克豪森判据，将在该频率处产生谐振信号，若选取合适幅度和频率的注入信号，加入到其中，谐振信号会被牵引到和注入信号一致，产生注入锁定现象。注入锁定二倍频器是利用push-pushpair产生基波的二倍频率进行注入，使得信号谐振在二倍频率处。输出信号功率基本由谐振获得，因此注入锁定二倍频器具有低功耗特点。注入锁定三倍频器则是产生基波的三倍频率进行注入，使得信号谐振在三倍频率处，同样具备低功耗特点。文献“LiA,ZhengS,YinJ,etal.A21–48GHzSubharmonicInjection-LockedFractional-NFrequencySynthesizerforMultibandPoint-to-PointBackhaulCommunications[J].IEEEJournalofSolid-StateCircuits,2014,49(8):1785-1799.”中采用6阶变压器设计，使得注入锁定倍频器拥有很高的锁定范围。但是其6阶变压器采用3圈电感设计，倍频信号注入至谐振腔内不能获得平坦的增益，从而会出现在锁定范围的一端较易锁定而另一端较难锁定的现象。文献“ZhangJ,LiuH,ZhaoC,etal.A22.8-to-43.2GHztuning-lessinjection-lockedfrequencytriplerusinginjection-currentboostingwith76.4％lockingrangeformultiband5Gapplications[C]//Solid-stateCircuitsConference.IEEE,2018.”同样采用了6阶变压器设计，实现了三倍频率注入锁定。但是当输入功率减小后，锁定范围会迅速收窄。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：针对传统的注入锁定倍频器在大功率输入下拥有较宽锁定范围，但当输入功率减小后锁定范围会迅速收窄的现象，提供一种低输入灵敏度的宽带注入锁定倍频器，使得在输入功率减小同时依旧能保持较宽的锁定范围，具备超宽带宽、低输入灵敏度、低功耗、高集成度等优点。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：宽带注入锁定倍频器，采用双注入结构，包含第一谐波发生器、第二谐波发生器和注入锁定振荡器；两个谐波发生器分别用于产生谐波信号，注入锁定振荡器用于锁定谐波发生器产生的谐波信号；第一谐波发生器、第二谐波发生器和注入锁定振荡器通过各自内部自带的电感组成的变压器耦合相连；两个谐波发生器将输入的基波信号转换成两路谐波信号，然后分别通过变压器耦合到注入锁定振荡器，实现倍频。所述第一谐波发生器包含第一耦合电感，第二谐波发生器包含第二耦合电感，注入锁定振荡器包含第三耦合电感，第一、第二和第三耦合电感构成变压器，通过调整第一和第二耦合电感之间的耦合系数，第一和第三耦合电感之间的耦合系数，第二和第三耦合电感之间的耦合系数，来调节倍频器跨阻增益及带宽以保证倍频器的性能。优选地，所述宽带注入锁定倍频器用于实现二倍频时，所述第一谐波发生器产生二次谐波信号，所述第二谐波发生器产生二次谐波信号。第一谐波发生器包括第一和第二晶体管、第一耦合电感以及第一电容；第一晶体管的栅极接正极输入端，第二晶体管的栅极接负极输入端，第一晶体管的源极和第二晶体管的源极接地，第一晶体管的漏极和第二晶体管的漏极接第一耦合电感的一端和第一电容的一端，第一耦合电感的另一端接电源，第一电容的另一端接地或电源；所述第一电容为所连接第一耦合电感的寄生电容、谐波发生器输出端的寄生电容、第一和第二晶体管的寄生电容、以及可调电容的一种或几种的组合。第二谐波发生器包括第三和第四晶体管、第二耦合电感以及第二电容；第三晶体管的栅极接正极输入端，第四晶体管的栅极接负极输入端，第三晶体管的源极和第四晶体管的源极接地，第三晶体管的漏极和第四晶体管的漏极接第二耦合电感的一端和第二电容的一端，第二耦合电感的另一端接电源，第二电容的另一端接地或电源；所述第二电容为所连接第二耦合电感的寄生电容、谐波发生器输出端的寄生电容、第三和第四晶体管的寄生电容、以及可调电容的一种或几种的组合。优选地，所述宽带注入锁定倍频器用于实现三倍频时，所述第一谐波发生器产生三次谐波信号，所述第二谐波发生器产生三次谐波信号。第一谐波发生器包括第一P型晶体管、第一N型晶体管、第一耦合电感和第一电容；第一P型晶体管的栅极和第一N型晶体管的栅极接输入正端，第一N型晶体管的源极接地，第一P型晶体管的源极接电源，第一P型晶体管的漏极接第一耦合电感一端和第一电容的一端，第一N型晶体管的漏极接第一耦合电感的另一端和第一电容的另一端；所述第一电容为所连接电感、谐波发生器输出端的寄生电容、第一P型和第一N型晶体管的寄生电容、以及可调电容的一种或几种的组合。第二谐波发生器包括第二P型晶体管、第二N型晶体管、第二耦合电感和第二电容；第二P型晶体管的栅极和第二N型晶体管的栅极接输入负端，第二N型晶体管的源极接地，第二P型晶体管的源极接电源，第二P型晶体管的漏极接第二耦合电感一端和第二电容的一端，第二N型晶体管的漏极接第二耦合电感的另一端和第二电容的另一端；所述第二电容为所连接电感、谐波发生器输出端的寄生电容、第二P型和第二N型晶体管的寄生电容、以及可调电容的一种或几种的组合。优选地，所述注入锁定振荡器，包括第三耦合电感、第三电容、第五晶体管、第六晶体管、电流源；第三耦合电感的中心抽头接电流源的一端，电流源的另一端接电源，第三耦合电感的一端接第五晶体管的漏极、第六晶体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.宽带注入锁定倍频器，其特征在于，采用双注入结构，包含第一谐波发生器、第二谐波发生器和注入锁定振荡器；两个谐波发生器分别用于产生谐波信号，注入锁定振荡器用于锁定谐波发生器产生的谐波信号；第一谐波发生器、第二谐波发生器和注入锁定振荡器通过各自内部自带的电感组成的变压器耦合相连；两个谐波发生器将输入的基波信号转换成两路谐波信号，然后分别通过变压器耦合到注入锁定振荡器，实现倍频。/n

【技术特征摘要】
1.宽带注入锁定倍频器，其特征在于，采用双注入结构，包含第一谐波发生器、第二谐波发生器和注入锁定振荡器；两个谐波发生器分别用于产生谐波信号，注入锁定振荡器用于锁定谐波发生器产生的谐波信号；第一谐波发生器、第二谐波发生器和注入锁定振荡器通过各自内部自带的电感组成的变压器耦合相连；两个谐波发生器将输入的基波信号转换成两路谐波信号，然后分别通过变压器耦合到注入锁定振荡器，实现倍频。


2.根据权利要求1所述的宽带注入锁定倍频器，其特征在于，所述第一谐波发生器包含第一耦合电感，第二谐波发生器包含第二耦合电感，注入锁定振荡器包含第三耦合电感，第一、第二和第三耦合电感构成变压器，通过调整第一和第二耦合电感之间的耦合系数，第一和第三耦合电感之间的耦合系数，以及第二和第三耦合电感之间的耦合系数，来调节倍频器跨阻增益及带宽以保证倍频器的性能。


3.根据权利要求1所述宽带注入锁定倍频器，其特征在于，所述宽带注入锁定倍频器用于实现二倍频时，所述第一谐波发生器产生二次谐波信号，第一谐波发生器包括第一和第二晶体管、第一耦合电感以及第一电容；第一晶体管的栅极接正极输入端，第二晶体管的栅极接负极输入端，第一晶体管的源极和第二晶体管的源极接地，第一晶体管的漏极和第二晶体管的漏极接第一耦合电感的一端和第一电容的一端，第一耦合电感的另一端接电源，第一电容的另一端接地或电源；所述第一电容为第一耦合电感的寄生电容、谐波发生器输出端的寄生电容、第一和第二晶体管的寄生电容、以及可调电容的一种或几种的组合。


4.根据权利要求1所述宽带注入锁定倍频器，其特征在于，所述宽带注入锁定倍频器用于实现二倍频时，所述第二谐波发生器产生二次谐波信号，第二谐波发生器包括第三和第四晶体管、第二耦合电感以及第二电容；第三晶体管的栅极接正极输入端，第四晶体管的栅极接负极输入端，第三晶体管的源极和第四晶体管的源极接地，第三晶体管的漏极和第四晶体管的漏极接第二耦合电感的一端和第二电容的一端，第二耦合电感的另一端接电源，第二电容的另一端接地或电源；所述第二电容为第二耦合电感的寄生电容、谐波发生器输出端的寄生电容、第三和第四晶体管的寄生电容、以及可调电容的一种或几种的组合。


5.根据权利要求1所述宽带注入锁定倍频器，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：张有明，黄风义，唐旭升，沈天宇，姜楠，
申请(专利权)人：东南大学，爱斯泰克上海高频通讯技术有限公司，南京展芯通讯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32