【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电路设计，具体涉及一种带环路校准的毫米波宽带注入锁定乘法器。
技术介绍
1、在现代无线通信系统中，为了满足宽带和高数据通信速率的需求，5g无线通信系统发布了多个毫米波频带，例如24，28，37和39ghz。因此，宽带频率源覆盖多个通信频带具有巨大的需求。同时，为了支持更复杂的正交幅度调制和延长电池寿命以及降低成本，要求频率源的相位噪声较低、消耗的功率较少和芯片面积较小。近年来，为了覆盖宽的毫米波频率范围，锁相环使用多频带压控振荡器的技术已经被报道。但是，在毫米波频段电容的品质因子(q)较低以及环路需要高频率的分频器，该方案存在面积、相位噪声和功耗之间的取舍。相较而言，利用频率乘法器产生宽带低相位噪声的毫米波本振信号具有诸多优势：首先，在锁定范围内，由于注入锁定的滤波特性，乘法器的输出相位噪声由注入的低噪声信号所决定，消除低q电容的影响。
2、其次，频率倍频因子(n)越大，相同的输出频率所需的注入信号的频率越低，能保证注入信号的相位噪声较低，而输出本振信号的相位噪声仅在注入信号的基础上增加20log(n)，以增加输出载波信号的频谱纯度。最后，由于乘法器的输出噪声不受谐振腔q值的影响，打破了面积、相位噪声和功耗之间的取舍。迄今为止，已经有多种注入锁定乘法器结构被提出，主要可以分为带环路校准和没有校准的两类。对于没有环路校准的频率乘法器：现有一种使用电阻和谐振腔串联，降低谐振腔的q值以增加锁定范围。但是，该方案的效果不明显，锁定范围较小。另一种使用六阶谐振腔在宽范围内使相位响应趋于0°，使乘法器在大范围内均不
3、带环路校准的频率乘法器能明显增大输出信号的功率。现有一种采用包络检测提取相位误差的频率追踪环路，以检测乘法器是否完成注入锁定。然而，此方案只能对乘法器进行一次性校准，工艺角波动将使该乘法器失锁。为了解决该问题，还有一种低功耗的时时环路校准技术。但是，该技术需利用多相位时钟进行注入锁定，多相位时钟产生模块消耗额外的功率并增加电路设计的复杂性。此外，注入信号的时钟馈通将增加子谐波杂散。上述提到的两种方案，由于谐振腔的输出阻抗较大，受益于较大的输出功率，但它们的锁定范围均小于15％，无法同时覆盖5g所有通信协议。
4、综上所述，目前带环路校准的注入锁定乘法器存在锁定范围较小和子谐波杂散较大等问题，不能满足宽带应用的需求。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种带环路校准的毫米波宽带注入锁定乘法器，用于解决锁定范围较小和子谐波杂散较大，不能满足宽带应用的技术问题，利用环路校准技术实现宽带注入锁定、高输出功率和低子谐波杂散指标的电路设计和实现。
2、本专利技术采用以下技术方案：
3、一种带环路校准的毫米波宽带注入锁定乘法器，包括宽带注入锁定乘法器，宽带注入锁定乘法器的输入端接入注入信号，宽带注入锁定乘法器的输出端产生四个频带；宽带注入锁定乘法器的输出端经电荷采样鉴相器、低通滤波器和电压-电流转换模块后连接至宽带注入锁定乘法器构成自动校准环路；
4、电荷采样鉴相器利用vn、vp以及vref三个信号的相位关系对宽带注入锁定乘法器进行环路校准；
5、低通滤波器用于对电荷采样鉴相器的信号进行滤波处理，并将得到的低频信号传递给电压-电流转换模块；
6、电压-电流转换模块用于将输入的电压差信号转换为电流信号，并对环路中的负载电容cl进行充放电，产生控制电压vctrl，以细调节宽带注入锁定乘法器的输出频率，对环路进行校准使其正常工作。
7、优选地，宽带注入锁定乘法器具体为：
8、第一nmos管m1的源极接地，第一nmos管m1的栅极和第三电感l3的一端、第二差分输出端vn以及第二nmos管m2的漏极连接，第三电感l3的另一端和变压器第九端口t9连接，第二nmos管m2的源极接地，第二nmos管m2的栅极和第二电感l2的一端、第一差分输出端vp以及第一nmos管m1的漏极连接，第二电感l2的另一端和变压器第七端口t7连接，第三nmos管m3的源极接地，第三nmos管m3的栅极与第四pmos管m4的栅极和第一差分输入端vinj_0连接，第三nmos管m3的漏极和第一电感l1的一端连接，第四pmos管m4的源极和高电源电压vddh连接，第四pmos管m4的栅极与第三nmos管m3的栅极和第一差分输入端vinj_0连接，第四pmos管m4的漏极和第一电感l1的另一端连接，第五nmos管m5的源极接地，第五nmos管m5的栅极与第六pmos管m6的栅极和第二差分输入端vinj_180连接，第五nmos管m5的漏极和第四电感l4的一端连接，第六pmos管m6的源极和高电源电压vddh连接，第六pmos管m6的栅极与第四nmos管m4的栅极和第二差分输入端vinj_180连接，第六pmos管m6的漏极和第四电感l4的另一端连接，第七nmos管m7的栅极和第一控制输入端vs1连接，第七nmos管m7的源极和变压器第六端口t6连接，第七nmos管m7的漏极和变压器第五端口t5连接，第八nmos管m8的栅极和第二控制输入端vs2连接，第八nmos管m8的源极和变压器第四端口t4连接，第八nmos管m8的漏极和变压器第三端口t3连接，第九nmos管m9的栅极和第三控制输入端vs3连接，第九nmos管m9的源极和变压器第二端口t2连接，第九nmos管m9的漏极和变压器第一端口t1连接，变压器第八端口t8和电源电压vdd连接。
9、更优选地，当第一控制输入端vs1、第二控制输入端vs2和第三控制输入端vs3均为低电平时，宽带注入锁定乘法器的谐振腔有效电感值最大，工作在第一个频带；
10、当第一控制输入端vs1变为高电平时，宽带注入锁定乘法器工作在第二个频带；
11、当第一控制输入端vs1和第二控制输入端vs2变为高电平时，宽带注入锁定乘法器工作在第三个频带；
12、当第一控制输入端vs1、第二控制输入端vs2和第三控制输入端vs3均为高电平时，宽带注入锁定乘法器工作在第四个频带。
13、优选地，当宽带注入锁定乘法器的工作频率f0偏离注入信号频率finj的n倍，vn与vp信号的交点偏离vref信号的中心位置，偏离程度与工作频率f0和n*finj的差值成正比。
14、更优选地，当工作频率f0小于n*fi本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种带环路校准的毫米波宽带注入锁定乘法器，其特征在于，包括宽带注入锁定乘法器(1)，宽带注入锁定乘法器(1)的输入端接入注入信号，宽带注入锁定乘法器(1)的输出端产生四个频带；宽带注入锁定乘法器(1)的输出端经电荷采样鉴相器(2)、低通滤波器(3)和电压-电流转换模块(4)后连接至宽带注入锁定乘法器(1)构成自动校准环路；
2.根据权利要求1所述的带环路校准的毫米波宽带注入锁定乘法器，其特征在于，宽带注入锁定乘法器(1)具体为：
3.根据权利要求2所述的带环路校准的毫米波宽带注入锁定乘法器，其特征在于，当第一控制输入端VS1、第二控制输入端VS2和第三控制输入端VS3均为低电平时，宽带注入锁定乘法器(1)的谐振腔有效电感值最大，工作在第一个频带；
4.根据权利要求1所述的带环路校准的毫米波宽带注入锁定乘法器，其特征在于，当宽带注入锁定乘法器(1)的工作频率f0偏离注入信号频率finj的N倍，VN与VP信号的交点偏离Vref信号的中心位置，偏离程度与工作频率f0和N*finj的差值成正比。
5.根据权利要求4所述的带环路校准的毫米
6.根据权利要求5所述的带环路校准的毫米波宽带注入锁定乘法器，其特征在于，电荷采样鉴相器(2)具体为：
7.根据权利要求1所述的带环路校准的毫米波宽带注入锁定乘法器，其特征在于，低通滤波器(3)为一阶RC滤波器。
8.根据权利要求7所述的带环路校准的毫米波宽带注入锁定乘法器，其特征在于，低通滤波器(3)的3dB带宽设计为10MHz。
9.根据权利要求1所述的带环路校准的毫米波宽带注入锁定乘法器，其特征在于，电压-电流转换模块(4)为带米勒补偿的两级运算放大器。
10.根据权利要求9所述的带环路校准的毫米波宽带注入锁定乘法器，其特征在于，两级运算放大器中的第一级运算放大器为五管放大器，将输入信号进行放大，第二级运算放大器为共源级放大器，将第一级的输出信号放大的同时增大输出信号摆幅。
...【技术特征摘要】
1.一种带环路校准的毫米波宽带注入锁定乘法器，其特征在于，包括宽带注入锁定乘法器(1)，宽带注入锁定乘法器(1)的输入端接入注入信号，宽带注入锁定乘法器(1)的输出端产生四个频带；宽带注入锁定乘法器(1)的输出端经电荷采样鉴相器(2)、低通滤波器(3)和电压-电流转换模块(4)后连接至宽带注入锁定乘法器(1)构成自动校准环路；
2.根据权利要求1所述的带环路校准的毫米波宽带注入锁定乘法器，其特征在于，宽带注入锁定乘法器(1)具体为：
3.根据权利要求2所述的带环路校准的毫米波宽带注入锁定乘法器，其特征在于，当第一控制输入端vs1、第二控制输入端vs2和第三控制输入端vs3均为低电平时，宽带注入锁定乘法器(1)的谐振腔有效电感值最大，工作在第一个频带；
4.根据权利要求1所述的带环路校准的毫米波宽带注入锁定乘法器，其特征在于，当宽带注入锁定乘法器(1)的工作频率f0偏离注入信号频率finj的n倍，vn与vp信号的交点偏离vref信号的中心位置，偏离程度与工作频率f0和n*finj的差值成正比。
5.根据权利要求4所述的带环路校准的毫米波宽带注入锁定乘法器，其特征在于，当工作频率f0小于n*fi...
【专利技术属性】
技术研发人员：耿莉，刘懿辉，赵亚，董兴国，梁成龙，樊超，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。