一种采用嵌入式网络负阻提升技术的毫米波振荡器制造技术

本发明专利技术属于射频集成电路领域，提供一种采用嵌入式网络负阻提升技术的毫米波振荡器，用以解决在毫米波频段下随频率上升所导致的有源器件有源性能恶化以及无源器件的高损耗使得振荡器难以起振与低输出摆幅的问题；本发明专利技术包括：两级环形振荡器与嵌入式网络，通过在单级电路中引入嵌入式网络(C_em1、L_em1与L_choke1，C_em2、L_em2与L_choke2)，在不引入额外功耗的前提下，使得有源二端口网络的U值得到提升，并且满足了有源二端口网络的最佳输出功率条件，最终使得负阻提升，从而改善了起振条件并且提高了输出摆幅。条件并且提高了输出摆幅。条件并且提高了输出摆幅。

【技术实现步骤摘要】
一种采用嵌入式网络负阻提升技术的毫米波振荡器


[0001]本专利技术属于射频集成电路领域，具体提供一种采用嵌入式网络负阻提升技术的毫米波振荡器，具有高负阻和高输出摆幅特性。

技术介绍

[0002]毫米波段(30～300GHz)具有许多重要的特征，例如可获取的大带宽和穿透能力；这些特征使得毫米波适合于应用在许多系统中，例如成像系统、雷达和高速无线通信系统。在毫米波系统中，信号源是最重要的模块之一；毫米波信号源面临最主要的挑战在于：随着频率升高，有源器件有源性能的退化和无源器件的损耗增加，这使得毫米波信号源很难具有高输出摆幅，甚至无法起振。因此，如何改善毫米波段振荡器的起振条件和输出摆幅是目前面临的一大难题。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提出一种采用嵌入式网络负阻提升技术的毫米波振荡器，用以解决在毫米波频段下随频率上升所导致的有源器件有源性能恶化以及无源器件的高损耗使得振荡器难以起振与低输出摆幅的问题；本专利技术基于两级环形振荡器电路结构实现，通过在单级电路中引入嵌入式网络(C_em1、L_em1与L_choke1)，使得代表有源器件有源性能的有源二端口网络的U值得到提升，并且满足了有源二端口网络的最佳输出功率条件，使得负阻提升，从而改善了起振条件、并且提高了输出摆幅。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0005]一种采用嵌入式网络负阻提升技术的毫米波振荡器，包括：两级环形振荡器与嵌入式网络；其特征在于：
[0006]所述两级环形振荡器包括：晶体管M1、晶体管M2、负载电感L1、负载电感L2、匹配电容C1与匹配电容C2，晶体管M1的漏极与晶体管M2的栅极相连，晶体管M2的漏极与晶体管M1的栅极相连；负载电感L1一端连接电源电压VDD、另一端连接晶体管M1的漏极，负载电感L2一端连接电源电压VDD、另一端连接晶体管M2的漏极；匹配电容C1连接于晶体管M1的漏极与晶体管M2的栅极之间，匹配电容C2连接于晶体管M2的漏极与晶体管M1的栅极之间；
[0007]所述嵌入式网络包括：电容C_em1、电容C_em2、电感L_em1、电感L_em2、电感L_choke1与电感L_choke2，电容C_em1与电感L_choke1并联后一端连接晶体管M1的源极、另一端接地，电容C_em2与电感L_choke2并联后一端连接晶体管M2的源极、另一端接地，电感L_em1连接于晶体管M1的栅极与漏极之间，电感L_em2连接于晶体管M2的栅极与漏极之间。
[0008]进一步的，所述晶体管M1与晶体管M2采用相同结构与尺寸的NMOS晶体管。
[0009]基于上述技术方案，本专利技术的有益效果在于：
[0010]本专利技术提供一种采用嵌入式网络负阻提升技术的毫米波振荡器，基于两级环形振荡器的电路结构实现，通过在单级电路中引入嵌入式网络(C_em1、L_em1与L_choke1，C_em2、L_em2与L_choke2)，使得代表有源器件有源性能的有源二端口网络的U值得到提升，并
且满足了有源二端口网络的最佳输出功率条件，最终使得负阻提升，从而改善了起振条件并且提高了输出摆幅。本专利技术在不引入额外功耗的前提下，显著提升了负阻，使得起振条件得到明显优化，与传统的负阻提升技术而言，在功耗方面具有极大优势。
附图说明
[0011]图1为本专利技术中采用嵌入式网络负阻提升技术的毫米波振荡器整体电路结构示意图。
[0012]图2为本专利技术中采用嵌入式网络负阻提升技术的毫米波振荡器单级电路结构示意图。
[0013]图3为本专利技术实施例中采用嵌入式网络负阻提升技术的毫米波振荡器单级电路的有源二端口网络最佳输出功率条件仿真结果图。
[0014]图4为本专利技术实施例中采用嵌入式网络负阻提升技术的毫米波振荡器单级电路与对比例的有源二端口网络U值仿真结果图。
[0015]图5为本专利技术实施例中采用嵌入式网络负阻提升技术的毫米波振荡器与对比例的振荡器负阻仿真结果图。
[0016]图6为本专利技术实施例中采用嵌入式网络负阻提升技术的毫米波振荡器的输出摆幅仿真结果图。
具体实施方式
[0017]为使本专利技术的专利技术目的、技术方案及技术效果更加清楚，下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步详细说明。
[0018]本实施例提供一种采用嵌入式网络负阻提升技术的毫米波振荡器，其工作频率为150GHz，具体结构如图1所示，包括：一个两级环形振荡器以及嵌入式网络；其中：
[0019]所述两级环形振荡器包括：晶体管M1、晶体管M2、负载电感L1、负载电感L2、匹配电容C1和匹配电容C2，晶体管M1和晶体管M2采用首尾相连的连接方式，即晶体管M1的漏极与晶体管M2的栅极相连，晶体管M2的漏极与晶体管M1的栅极相连；负载电感L1与负载电感L2一端相接，并连接至电源电压VDD，另一端分别连接至晶体管M1与晶体管M2的漏极；匹配电容C1连接于晶体管M1的漏极与晶体管M2的栅极之间，匹配电容C2连接于晶体管M2的漏极与晶体管M1的栅极之间，即匹配电容C1与匹配电容C2连接于两级之间，进行阻抗匹配以降低两级之间的功率损耗；
[0020]所述嵌入式网络包括：电容C_em1、电容C_em2、电感L_em1、电感L_em2、电感L_choke1与电感L_choke2，电容C_em1和电感L_choke1采用并联的形式，即两端分别相接，所形成的并联结构一端接地、另一端与晶体管M1的源极相连；类似上述结构，电容C_em2和电感L_choke2同样采用并联的形式，即两端分别相接，所形成的并联结构的一端接地、另一端与晶体管M2的源极相连；电感L_em1、电感L_em2分别连接于晶体管M1、晶体管M2的栅极与漏极之间，并对应为晶体管M1、晶体管M2的栅极提供偏置电压。
[0021]进一步的，上述晶体管M1与晶体管M2采用相同结构、相同尺寸的NMOS晶体管，使得晶体管具有相同的静态工作点；
[0022]从工作原理上讲：
[0023]本专利技术中采用的基于嵌入式网络的负阻提升技术的振荡器，基于两级环形振荡器的电路结构实现，其单级电路如图2所示；依据二端口网络理论，流入二端口网络的功率为：
[0024][0025]使用二端口网络Y参数进行简化，流出二端口网络的实功率为：
[0026][0027]其中，G
11
是Y
11
的实部，G
22
是Y
22
的实部，且
[0028][0029]对于晶体管而言，其G
11
和G
22
通常为正实数；因此，当且仅当A与满足以下条件(最佳输出功率条件)时：
[0030][0031]其中，k为正整数；
[0032]流出二端口网络的实功率达到最大值为：
[0033][0034]在稳定状态下，两级环形振荡器的A为1、为180
°
，本专利技术提出了上述嵌入式网络，通过嵌入式网络调节A...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采用嵌入式网络负阻提升技术的毫米波振荡器，包括：两级环形振荡器与嵌入式网络；其特征在于：所述两级环形振荡器包括：晶体管M1、晶体管M2、负载电感L1、负载电感L2、匹配电容C1与匹配电容C2，晶体管M1的漏极与晶体管M2的栅极相连，晶体管M2的漏极与晶体管M1的栅极相连；负载电感L1一端连接电源电压VDD、另一端连接晶体管M1的漏极，负载电感L2一端连接电源电压VDD、另一端连接晶体管M2的漏极；匹配电容C1连接于晶体管M1的漏极与晶体管M2的栅极之间，匹配电容C2连接于晶体管M2的漏极与晶体管M1的栅极之间；所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王政，李锐，谢倩，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：