一种毫米波倍频器及级联倍频器制造技术

本发明专利技术公开了一种毫米波倍频器及级联倍频器，属于射频/毫米波集成电路技术领域。本发明专利技术的倍频器包括：伪差分房大器、LC并联谐振腔、LC串联谐振腔；所述LC并联谐振腔连接在所述伪差分放大器的输出端与电源VDD之间，所述LC串联谐振腔连接在所述伪差分放大器的输出端与地线之间，所述伪差分放大器的两输入端分别与输入基频信号f0的正端、负端连接；其中，LC并联谐振腔的谐振频率为2f0，LC串联谐振腔的谐振频率为4f0。本发明专利技术的级联倍频器包括多个上述倍频器，多个所述倍频器依次通过单转双的无源变压器相连。本发明专利技术具有功耗低、倍频输出信号频谱纯、谐波抑制好，输出信号强、频率高，易于在硅基工艺上单芯片集成的特点。

Millimeter wave frequency doubler and cascade frequency doubler

The invention discloses a millimeter wave frequency doubler and a cascade frequency doubler, and belongs to the technical field of radio frequency / millimeter wave integrated circuit. Frequency converter of the invention comprises: Pseudo differential amplifiers, LC mm and LC series parallel resonant cavity resonator; between the LC parallel resonant cavity is connected with the Pseudo differential amplifier and the output end of the power VDD, between the output of the LC series resonant cavity is connected with the Pseudo differential amplifier and end line, the two input end of the Pseudo differential amplifier are respectively connected with the input baseband signal of F0 positive end and a negative end connection; the resonant frequency of LC parallel resonant cavity is 2f0, the resonant frequency of LC series resonant cavity 4f0. The cascade frequency doubler of the present invention comprises a plurality of said frequency multipliers, and the plurality of frequency multipliers are sequentially connected by a single turn double passive transformer. The invention has the advantages of low power consumption, frequency doubling output signal, pure harmonic spectrum, good harmonic suppression, strong output signal and high frequency, and is easy to be integrated on a single chip on a silicon based process.

【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于射频/毫米波集成电路
，尤其是提供一种毫米波倍频器及级 联倍频器。
技术介绍
毫米波是波长为1-10毫米(频率30-300GHZ)的无线电波，毫米波技术可以广 泛运用于卫星通信、导航、遥感遥测、天文观测等领域。近些年，随着集成电路技术的飞速 发展，在半导体集成电路、乃至硅基CMOS集成电路上实现毫米波关键电路及系统成为了可 能，从而极大地拓展了毫米波技术在人们日常生活中的应用领域，如60GHz局域点对点超 高速无线通信、77GHz汽车导航与防碰撞雷达、94GHz微波成像与超高速无线通信等。在毫米波集成电路中，毫米波信号源是关键技术之一。传统方案采用VCO直接输 出毫米波信号，然而这种方法由于直接使VCO工作在高频(几十到几百GHz)，一方面对于 集成电路尤其是硅基BiCMOS或CMOS工艺而言设计难度很大，另一方面功耗水平很高。因 此，人们发展出了利用倍频器的方案先通过一个工作在低频的VCO产生较低频率的信号， 然后通过倍频器输出高频信号，这种思路极大的简化了 VCO的设计难度和功耗。如图1所 示的经典倍频器原理图偏置Class-B状态下的放大器产生二阶非线性项，通过电感Ll和 电容Cl在二阶频率处谐振从而加强二阶输出，然后通过由电感、电容实现的带通滤波器将 其他频率分量滤除，最终实现倍频功能；基于这种基本原理发展出来的倍频器有很多，如文 献 Jung-HanChen,and Huei Wang,A High Gain,High Power K-Band Frequency Doubler in 0. 18um CMOSProcess，，，IEEE Microwave and Wireless Components Letters, Vol. 20, No. 9，pp. 522-524，Sept. 2010阐述了上述原理实现的CMOS K-Band倍频器。除此之外， 人们还发展出了其它倍频器技术。如文献Katsuji Kimura, A Bipolar Four-Quadrant Analog Quarter-Square MultiplierConsisting of Unbalanced Emitter-Coupled Pairs and Expansions of Its Input Ranges，，，IEEEJournal of Solid-State Circuits, Vol. 29，No. 1，pp. 46-55，Jan. 1994报道了如图2所示的基于非平衡差分对技术的倍频器，Eunyoung Seok, Changhua Cao, Dongha Shim, Daniel J. Arenas, David B. Tanner, Chin-Ming Hung, Kenneth K. 0,A 41OGHz CMOS Push-Push Oscillator withan On-Chip Patch Antenna，，，IEEE ISSCC，pp. 472-473，Feb. 2008 阐述了如图 3 所示的基于利用 VCO 二 阶非线性实现的倍频器。还有两种方法可以实现倍频功能，一是通过混频器实现，二是谐波 注入锁定VCO实现。目前，现有的文献和专利所述的倍频器方案和技术，很多都没有解决功耗太高的 问题，这就极大地限制了这些技术的应用，如以电池供电的个人移动终端对低功耗的要求 很高；而有些虽然具备了低功耗的特征，但输出频谱不干净、其他谐波成本太高，无法满足 系统要求；输出倍频信号太弱，仍然需要高功耗的高频放大器放大倍频信号，这就丧失了低 功耗的优势。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种新型的毫米波倍频器及级联倍频器，尤其适用于集成 电路。具有可在硅基BiCMOS/CMOS工艺上单芯片集成、功耗低、输出信号强、输出频谱纯、谐 波抑制好的特点。本专利技术的技术方案为—种毫米波倍频器，其特征在于包括伪差分房大器、LC并联谐振腔、LC串联谐振 腔；所述LC并联谐振腔连接在所述伪差分放大器的输出端与电源VDD之间，所述LC串联谐 振腔连接在所述伪差分放大器的输出端与地线之间，所述伪差分放大器的两输入端分别与 输入基频信号fo的正端、负端连接；其中，LC并联谐振腔的谐振频率为，LC串联谐振腔 的谐振频率为4&。进一步的，所述伪差分放大器的偏置状态为Class-B状态；所述输入基频信号f； 为差分信号。进一步的，所述伪差分放大器为伪差分共射放大器，其包括三极管Q0、三极管Ql ； 所述三极管Q0、三极管Ql的集电极相连作为所述伪差分放大器的输出端；所述三极管Q0、 三极管Ql的发射极与地线连接；所述三极管Q0、三极管Ql的基极分别与输入基频信号fQ 的正端、负端连接。进一步的，所述三极管QO的集电极与一三极管Q4的发射极连接，所述三极管Ql 的集电极与一三极管Q5的发射极连接，所述三极管Q4的集电极与所述三极管Q5的集电极 连接，组成所述伪差分共射放大器；其中，所述三极管Q4基极、三极管Q5基极与一参考电平 输入端VB连接。进一步的，所述伪差分放大器为伪差分共源放大器，其包括MOS管Q0、MOS管Ql ； 所述MOS管Q0、M0S管Ql的漏端相连作为所述伪差分放大器的输出端；所述MOS管Q0、M0S 管Ql的源端与地线连接；所述MOS管Q0、M0S管Ql的栅端分别与输入基频信号&的正端、 负端连接。进一步的，所述MOS管QO的漏端与一 MOS管Q4的源端连接，所述MOS管Ql的漏 端与一 MOS管Q5的源端连接，所述MOS管Q4的漏端与所述MOS管Q5的源端连接，组成所 述伪差分共源放大器，其中所述MOS管Q4栅端、MOS管Q5栅端与一参考电平输入端VB连接。一种毫米波级联倍频器，其特征在于包括多个倍频器，多个所述倍频器依次通过 单转双的无源变压器相连；其中，所述倍频器包括伪差分放大器、LC并联谐振腔、LC串联谐 振腔，所述LC并联谐振腔连接在所述伪差分放大器的输出端与电源VDD之间，所述LC串联 谐振腔连接在所述伪差分放大器的输出端与地线之间，所述伪差分放大器的两输入端分别 与输入基频信号fo的正端、负端连接；所述LC并联谐振腔的谐振频率为，所述LC串联 谐振腔的谐振频率为4&。进一步的，所述伪差分放大器的偏置状态为Class-B状态；所述输入基频信号f； 为差分信号。进一步的，所述伪差分放大器为伪差分共射放大器，其包括三极管Q0、三极管Ql ； 所述三极管Q0、三极管Ql的集电极相连作为所述伪差分放大器的输出端；所述三极管Q0、 三极管Ql的发射极与地线连接；所述三极管Q0、三极管Ql的基极分别与输入基频信号fQ的正端、负端连接。进一步的，所述三极管QO的集电极与一三极管Q4的发射极连接，所述三极管Ql 的集电极与一三极管Q5的发射极连接，所述三极管Q4的集电极与所述三极管Q5的集电极 连接，组成所述伪差分共射放大器，其中所述三极管Q4基极、三极管Q5基极与一参考电平 输入端VB连接。进一步的，所述伪差分放大器为伪差分共源放大器，其包括MOS管Q0、MOS管Ql ； 所述MOS管Q0、M0S管Ql的漏端相连作为所述伪差分放大器的输出端；所述MOS管Q0、M0本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种毫米波倍频器，其特征在于包括：伪差分房大器、ＬＣ并联谐振腔、ＬＣ串联谐振腔；所述ＬＣ并联谐振腔连接在所述伪差分放大器的输出端与电源ＶＤＤ之间，所述ＬＣ串联谐振腔连接在所述伪差分放大器的输出端与地线之间，所述伪差分放大器的两输入端分别与输入基频信号ｆ０的正端、负端连接；其中，ＬＣ并联谐振腔的谐振频率为２ｆ０，ＬＣ串联谐振腔的谐振频率为４ｆ０。

【技术特征摘要】
1.一种毫米波倍频器，其特征在于包括伪差分房大器、LC并联谐振腔、LC串联谐振 腔；所述LC并联谐振腔连接在所述伪差分放大器的输出端与电源VDD之间，所述LC串联谐 振腔连接在所述伪差分放大器的输出端与地线之间，所述伪差分放大器的两输入端分别与 输入基频信号fo的正端、负端连接；其中，LC并联谐振腔的谐振频率为，LC串联谐振腔 的谐振频率为4&。2.如权利要求1所述的倍频器，其特征在于所述伪差分放大器的偏置状态为Class-B 状态；所述输入基频信号&为差分信号。3.如权利要求1或2所述的倍频器，其特征在于所述伪差分放大器为伪差分共射放大 器，其包括三极管Q0、三极管Ql ；所述三极管Q0、三极管Ql的集电极相连作为所述伪差分 放大器的输出端；所述三极管Q0、三极管Ql的发射极与地线连接；所述三极管Q0、三极管 Ql的基极分别与输入基频信号&的正端、负端连接。4.如权利要求3所述的倍频器，其特征在于所述三极管QO的集电极与一三极管Q4的 发射极连接，所述三极管Ql的集电极与一三极管Q5的发射极连接，所述三极管Q4的集电 极与所述三极管Q5的集电极连接，组成所述伪差分共射放大器；其中，所述三极管Q4基极、 三极管Q5基极与一参考电平输入端VB连接。5.如权利要求1或2所述的倍频器，其特征在于所述伪差分放大器为伪差分共源放大 器，其包括MOS管Q0、M0S管Ql ；所述MOS管Q0、M0S管Ql的漏端相连作为所述伪差分放大 器的输出端；所述MOS管Q0、MOS管Ql的源端与地线连接；所述MOS管Q0、MOS管Ql的栅 端分别与输入基频信号&的正端、负端连接。6.如权利要求5所述的倍频器，其特征在于所述MOS管QO的漏端与一MOS管Q4的源 端连接，所述MOS管Ql的漏端与一 MOS管Q5的源端连接，所述MOS管Q4的漏端与所述MOS 管Q5的源端连接，组成所述伪差分共源放大器，其中所述MOS管Q4栅端、MOS管Q5栅端与 一参考电平输入端VB连接。7.一种毫米波级联倍频器，其特征在于包括多个倍频...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶乐，廖怀林，王逸潇，黄如，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：11