一种高效率太赫兹压控振荡器及基于其的锁相环系统技术方案

本发明专利技术公开一种高效率太赫兹压控振荡器及基于其的锁相环系统，应用于太赫兹通信领域，针对现有技术还不能使振荡器输出最大功率或最大转换效率的问题；本发明专利技术在传统交叉耦合振荡器的基础上，在两晶体管栅级之间加了个栅极电感L

【技术实现步骤摘要】
一种高效率太赫兹压控振荡器及基于其的锁相环系统


[0001]本专利技术属于太赫兹通信领域，特别涉及一种压控振荡器。

技术介绍

[0002]太赫兹波所处的频谱位置位于亚毫米波和远红外线之间，其频率覆盖范围为0.1THz～10THz
[0003](1THz＝10
12
Hz)，是到目前为止还没有完全开发和应用的电磁波频段。太赫兹波频段位于光子学范畴与电子学范畴的交叠区域，这导致太赫兹波与其他频段电磁波相比具有许多独特的性质。太赫兹波具有宽带性好、穿透性强、安全性高等特性，因此在高速无线通信系统、公共安全检测、成像、生物医学、天文观测等领域具有十分广阔的应用场景。特别是在通信领域，由于太赫兹通信技术具有频谱资源宽、保密性好、数据传输能力强(>100Gbit/s)、方向性好等众多优点，其将在未来高速无线通信中发挥重要作用。
[0004]压控振荡器(VCO)是当代射频收发机的一个重要组成部分，压控振荡器无论是在发射机部分的上变频载波调制还是在接收机部分的下变频解调中都起着非常重要的作用，是整个通信系统的基础模块之一，其性能对于系统的通信质量有着非常重要的影响。因此高性能太赫兹通信系统的实现必定需要具有优良性能的太赫兹压控振荡器来支撑负责产生预期频率的信号以用于上、下变频。对于覆盖数百kHz至数百GHz的宽频带的各种无线通信标准而言，开发宽频带调谐和低相位噪声的VCO是一项具有挑战性的任务。
[0005]传统交叉耦合振荡器如图1所示，其由晶体管M
P
、Mr/>N
，栅漏电容C
gdp
、C
gdn
，漏极电感L
dsp
、L
dsn
以及负载电阻R
LP
、R
LN
构成，各对称位置上的器件具有相同参数值。压控振荡器控制电压V
T
接晶体管衬底，V
T
直流电压的变化会引起晶体管漏极寄生电容的变化，从而改变压控振荡器的输出频率。压控振荡器的功率从V
OP
及V
ON
端输出至负载R
LP
及R
LN
。
[0006]图1所示的传统交叉耦合振荡器在拓扑结构上浅显易懂，但该结构无法使单个晶体管工作在输出最大功率状态，所以不能使得振荡器输出最大功率或最大转换效率。

技术实现思路

[0007]为解决上述技术问题，本专利技术提出一种高效率太赫兹压控振荡器，本专利技术的振荡器可以输出最大功率或最大转换效率。
[0008]本专利技术采用的技术方案之一为：一种高效率太赫兹压控振荡器，包括：第一晶体管M
P
、第二晶体管M
N
、第一电感L
gg
、第二电感L
dsp
、第三电感L
dsn
、第一负载电阻R
LP
、第二负载电阻R
LN
、第一电容C
gdp
、第二电容C
gdn
；
[0009]第一晶体管M
P
栅极与第一电感L
gg
第一端相连，第一电感L
gg
第二端连接第二晶体管M
N
栅极；
[0010]第一晶体管M
P
栅极还包括依次通过第二电容C
gdn
、第二负载电阻R
LN
后接地；
[0011]第一晶体管M
P
漏极通过第二电感L
dsp
接电源V
DD
；第二晶体管M
N
漏极通过第三电感L
dsn
接电源V
DD
；
[0012]第一晶体管M
P
源极接地，第二晶体管M
N
源极接地。
[0013]压控振荡器控制电压V
T
分别接第一晶体管M
P
衬底、第二晶体管M
N
衬底。
[0014]本专利技术提供的技术方案之二为：基于本专利技术振荡器的锁相环系统，包括：驱动放大器、鉴频鉴相器、低通滤波器、高效率太赫兹压控振荡器、分频器、第三负载、第四负载；驱动放大器的输入为参考输入信号，驱动放大器的输出端接鉴频鉴相器的第一输入端，鉴频鉴相器的输出端接低通滤波器的输入端，低通滤波器的输出端接高效率太赫兹压控振荡器的输入端，高效率太赫兹压控振荡器的第一输出端接第三负载的第一端，第三负载的第二端接第四负载的第一端，第四负载的第二端接高效率太赫兹压控振荡器的第二输出端；高效率太赫兹压控振荡器的第一输出端还包括接分频器的第一输入端，高效率太赫兹压控振荡器的第二输出端还包括接分频器的第二输入端，分频器的输出端接鉴频鉴相器的第二输入端。
[0015]本专利技术的有益效果：本专利技术的差分结构高效率压控振荡器电路，由晶体管M
P
、M
N
，栅极电感L
gg
，栅漏电容C
gdp
、C
gdn
，漏极电感L
dsp
、L
dsn
以及负载电阻R
LP
、R
LN
构成，各对称位置上的器件具有相同参数值；压控振荡器控制电压V
T
接晶体管衬底，V
T
直流电压的变化会引起晶体管漏极寄生电容的变化，从而改变压控振荡器的输出频率。压控振荡器的功率从V
OP
及V
ON
端输出至负载R
LP
及R
LN
。本专利技术可以使单个晶体管工作在输出最大功率状态，从而使得振荡器输出最大功率或最大转换效率。
附图说明
[0016]图1为传统交叉耦合振荡器电路原理图；
[0017]图2为差分结构高效率压控振荡器电路原理图；
[0018]图3为本专利技术的振荡器晶体管最大功率附加效率仿真示意图；
[0019]图4为采用本专利技术振荡器的锁相环电路结构图；
[0020]图5为应用于锁相环电路的本专利技术高效率振荡器电路示意图；
[0021]图6为本专利技术高效率压控振荡器输出频率随控制电压V
T
变化仿真结果。
具体实施方式
[0022]为便于本领域技术人员理解本专利技术的
技术实现思路
，下面结合附图对本
技术实现思路
进一步阐释。
[0023]如图2所示为本专利技术所述差分结构高效率压控振荡器电路原理图，其由晶体管M
P
、M
N
，栅极电感L
gg
，栅漏电容C
gdp
、C
gdn
，漏极电感L
dsp
、L
dsn
以及负载电阻R
LP
、R
LN
构成，各对称位置上的器件具有相同参数值。压控振荡器控制电压V...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高效率太赫兹压控振荡器，其特征在于，包括：第一晶体管、第二晶体管、第一电感、第二电感、第三电感、第一负载电阻、第二负载电阻、第一电容、第二电容；第一晶体管栅极与第一电感第一端相连，第一电感第二端连接第二晶体管栅极；第一晶体管栅极还包括依次通过第二电容、第二负载电阻后接地；第一晶体管漏极通过第二电感接电源；第二晶体管漏极通过第三电感接电源；第一晶体管源极接地，第二晶体管源极接地。2.根据权利要求1所述的一种高效率太赫兹压控振荡器，其特征在于，压控振荡器控制电压V
T
分别接第一晶体管M
P
衬底、第二晶体管M
N
衬底。3.根据权利要求2所述的一种高效率太赫兹压控振荡器，其特征在于，所述压控振荡器为左右对称结构，第二电感的电感值等于第三电感的电感值，第一负载电阻的电阻值等于第二负载电阻的电阻值，第一电容的电容值等于第二电容的电容值。4.根据权利要求3所述的一种高效率太赫兹压控振荡器，其特征在于，记第一电感的电感值为L
gg
、第二电感的电感值为L
dsp
、第三电感的电感值为L
dsn
、第一负载电阻的电阻值为R
LP
、第二负载电阻的电阻值为R
LN
、第一电容的电容值为C
gdp
、第二电容的电容值为C
gdn
，根据压控振荡器呈左右对称结构的性质，L
gg
，C
gdp
，C
gdn
，L
dsp
，L
dsn
，R
LP
，R
LN
计算过程为：A1、单独迭代晶体管的栅极输入信号幅度v
am
及输出负载阻抗的实部z
re
和虚部z
im
，得到晶体管最大功率附加效率状态下栅极和漏极的电压及电流值(v
gs_opt...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁川，张铁笛，刘耀光，张勇，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：