一种毫米波锁相环制造技术

本发明专利技术公开了一种毫米波锁相环，包括：压控振荡器，其采用差分输入的调谐方式来产生设定频率的振荡信号；正交输出注入锁定分频器，其用于对振荡信号进行分频处理以输出多路的正交分频信号；电荷泵，其用于将脉冲信号转化为模拟电压信号差分输出；环路滤波器，其连接至电荷泵和压控振荡器之间，用于对电荷泵输出的模拟电压信号进行滤波以输入到所述压控振荡器中。本发明专利技术的毫米波锁相环为60GHz毫米波通信系统提供设定频率的本振信号。该锁相环中的差分调谐压控振荡器的结构，优化了振荡器的噪声，对整个锁相环的噪声优化有很大的帮助。通过电荷泵为差分压控振荡器提供差分的输入控制电压，也获得更好的相位噪声性能。

【技术实现步骤摘要】
一种毫米波锁相环
本专利技术涉及60GHz毫米波短距离无线通信领域，尤其涉及ー种毫米波锁相环。
技术介绍
在通信系统中，通信带宽是ー个很重要的指标，其基本决定了通信系统的数据率。当前大多数传统应用的带宽仅为几MHz到几百MHz，这与中心频率不高有夫，比如第三代移动通信(上行1.9GHz，下行2.1 GHZ) o而毫米波所处于的频段为30GHz?300GHz，其波长在Imm?10_的范围内。由于其中心频率很高，远高于当前大多数传统应用的频率，所以其能达到的带宽也很宽，能超过5GHz，这为高速数据通信创造了良好的条件。由于60GHz波段的信号在氧气中的衰减很大，所以60GHz的毫米波通信系统主要是为短距离通信开发的。另夕卜，由于60GHz的信号衰减快，也避免了相近频率之间的信号串扰，这样，在同一个地方就能允许多个信道的存在。60GHz短距离毫米波通信的ー个典型应用就是高清晰度多媒体接ロ(HDMI)，可以将DVD播放器，个人电脑和高清电视连接到一起。这些设备的距离都在5到10米之内，能应用点对点或者点对多点的通信方式。由于这些高清多媒体之间的数据率很高，通常在5Gbps以上，因此，对于这样的高速接ロ采用60GHz的毫米波通信系统是ー种很好的方式。在室内环境，60GHz毫米波通信能够替代当前的通信协议，比如USB，IEEE1394，吉比特网等。以个人电脑为中心，可以通信其它所有的多媒体设备，比如DVD、数码相机、打印机等。用60GHz毫米波通信构建的无线网络也可用于视频会议，为大型的异地商务会议中的高清视频传输提供了有利的条件。2005年，毫米波通信IEEE802.15.3正式发布，为毫米波通信奠定了基础。在这项协议中，对60GHz通信的中心频率和带宽等指标都做出了一定的规定。由于中心频率在60GHz,因此相应的各种变频方式也都被讨论。比如，可以由60GHz的本振信号直接变频，也可以由20GHz的信号3倍频后再变频。考虑到高频锁相环的设计难度，所以很多方法采用了 2次变频，即先变频到20GHz，再与40GHz信号混频到60GHz，其中，20GHz的信号就是用40GHz的信号直接2分频得来的。这种方法也是ー种对实现难度和系统复杂度折中的办法。因此，毫米波锁相环设计是60GHz毫米波通信系统中的ー个相当关键的电路部分，然而，在现有技术中，未有一种噪声性能较优的40GHz毫米波锁相环电路，因此，亟需设计ー种具有良好噪声性能的40GHz毫米波锁相环。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是如何实现ー种毫米波锁相环，该锁相环应用60GHz毫米波通信系统中，在产生设定频率的振荡信号的同时应具有良好噪声性能。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种毫米波锁相环，包括:压控振荡器，其采用差分输入的调谐方式来产生设定频率的振荡信号；第一缓冲器，其与所述压控振荡器连接，用于使所述压控振荡器输出的振荡信号維持一定的信号幅度并隔离后级模块对所述压控振荡器的影响；正交输出注入锁定分频器，其与所述第一缓冲器连接，用于对所述振荡信号进行分频处理以输出多路的正交分频信号；第二缓冲器，其与所述正交输出注入锁定分频器连接，用于使所述正交分频信号維持一定的信号幅度并隔离后级模块对所述正交输出注入锁定分频器的影响；第一分频器，其与所述第二缓冲器连接，用于对所述正交分频信号进行分频得到第一分频信号；第二分频器，其与所述第一分频器连接，用于对所述第一分频信号进行分频得到第二分频信号；鉴频鉴相器，其与所述第二分频器连接，用于将第二分频信号与设定的參考信号进行比较，产生与这两个信号的相位差成比例的脉冲信号；电荷泵，其与所述鉴频鉴相器连接，用于将所述脉冲信号转化为模拟电压信号差分输出；环路滤波器，其连接至所述电荷泵和所述压控振荡器之间，用于对所述电荷泵输出的模拟电压信号进行滤波以输入到所述压控振荡器中。在一个实施例中，所述压控振荡器包括:电感电容调谐単元，其对输入的信号进行差分调谐，所述电感电容调谐单元由一中心抽头的电感以及与该电感并联的两路相反接法的四个可变电容组成；负阻单元，其与所述电感电容调谐单元并联，用于给所述电感电容调谐单元提供负阻能量，所述负阻单元是由第一晶体管和第二晶体管交叉耦合形成的负阻对；直流偏置电路，其从所述第一晶体管和第二晶体管的共源连接点注入偏置电流，所述直流偏置电路包括由第三晶体管和第四晶体管构成的电流镜偏置以及由一电阻和一电容构成的低通滤波器，所述低通滤波器耦接于所述第三晶体管和第四晶体管之间。在一个实施例中，所述第一晶体管和所述第二晶体管为薄栅管，所述第三晶体管和所述第四晶体管为厚栅管。[0011 ] 在一个实施例中，所述第三晶体管和所述第四晶体管为N型MOS管。在一个实施例中，在所述设定频率的振荡信号为40GHz的振荡信号时，所述低通滤波器的电容在皮法量级、所述低通滤波器的电阻在兆欧量级。在一个实施例中，所述正交输出注入锁定分频器包括两个注入锁定分频电路和四个作为互耦单元的晶体管，其中，每个所述注入锁定分频电路包括:谐振单元，其包括中心抽头的电感、与该电感并联的由两个对称的晶体管组成的输入单元和与所述输入単元并联的由两个晶体管交叉耦合形成的负阻单元，其中，两个互耦单元分别连接在所述负阻単元的两端，且这两个互耦単元的栅极连接另ー注入锁定分频电路的两个输出端；直流偏置单元，其与所述电感耦接以提供偏置电流。在一个实施例中，所述直流偏置单元为一 P型MOS管。在一个实施例中，所述电荷泵包括两个单端输出电荷泵结构，其中，每个所述单端输出电荷泵结构包括:由第一开关控制的PMOS共源共栅Cascode电流源和由第二开关控制的NMOS共源共栅Cascode电流源。在一个实施例中，所述电荷泵还包括共模反馈环路，其用于稳定所述两个单端输出电荷泵结构输出的共模电平信号，包括:第一运算放大器，其同相输入端与ー单端输出电荷泵结构的输出端连接，对其输出的信号进行运算放大得到第一放大信号；第二运算放大器，其同相输入端与另ー单端输出电荷泵结构的输出端连接，对其输出端的信号进行运算放大得到第二放大信号；电阻电容单元，其耦接于所述第一运算放大器的输出端和所述第ニ运算放大器的输出端之间，用于对第一放大信号和第二放大信号进行电阻求和，并将求和得到的共模电平信号输出；第三运算放大器，其同相输入端与所述电阻电容单元的输出端连接，用于接收所述共模电平信号，并通过与设定的共模电平參考电压进行比较，将得到的比较结果输出到所述电荷泵的共模反馈输入端中。在一个实施例中，在所述压控振荡器输出的信号是40GHz吋，所述第一缓冲器为40GHz缓冲器；所述正交输出注入锁定分频器对产生的40GHz的振荡信号进行二分频处理以输出四路的20GHz正交分频信号；所述第二缓冲器为20GHz缓冲器；所述第一分频器用于将20GHz进行四分频处理得到5GHz的信号，其为电流模式逻辑分频器，其包括两级电流模式逻辑分频电路，且每个电流模式逻辑分频电路由两个寄存器电路耦合而成；所述第二分频器用于完成5GHz信号到125MHz信号的可编程分频，其为多模分频器，其由ー个差分转单端电路、四个2-3分频器和ー个2-1分频器组成。与现有技术相比，本专利技术的一个或多个实施例可以具有如下优点:本专利技术的毫米波本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种毫米波锁相环，包括：压控振荡器，其采用差分输入的调谐方式来产生设定频率的振荡信号；第一缓冲器，其与所述压控振荡器连接，用于使所述压控振荡器输出的振荡信号维持一定的信号幅度并隔离后级模块对所述压控振荡器的影响；正交输出注入锁定分频器，其与所述第一缓冲器连接，用于对所述振荡信号进行分频处理以输出多路的正交分频信号；第二缓冲器，其与所述正交输出注入锁定分频器连接，用于使所述正交分频信号维持一定的信号幅度并隔离后级模块对所述正交输出注入锁定分频器的影响；第一分频器，其与所述第二缓冲器连接，用于对所述正交分频信号进行分频得到第一分频信号；第二分频器，其与所述第一分频器连接，用于对所述第一分频信号进行分频得到第二分频信号；鉴频鉴相器，其与所述第二分频器连接，用于将第二分频信号与设定的参考信号进行比较，产生与这两个信号的相位差成比例的脉冲信号；电荷泵，其与所述鉴频鉴相器连接，用于将所述脉冲信号转化为模拟电压信号差分输出；环路滤波器，其连接至所述电荷泵和所述压控振荡器之间，用于对所述电荷泵输出的模拟电压信号进行滤波以输入到所述压控振荡器中。

【技术特征摘要】
1.一种毫米波锁相环，包括: 压控振荡器，其采用差分输入的调谐方式来产生设定频率的振荡信号； 第一缓冲器，其与所述压控振荡器连接，用于使所述压控振荡器输出的振荡信号維持一定的信号幅度并隔离后级模块对所述压控振荡器的影响； 正交输出注入锁定分频器，其与所述第一缓冲器连接，用于对所述振荡信号进行分频处理以输出多路的正交分频信号； 第二缓冲器，其与所述正交输出注入锁定分频器连接，用于使所述正交分频信号維持一定的信号幅度并隔离后级模块对所述正交输出注入锁定分频器的影响； 第一分频器，其与所述第二缓冲器连接，用于对所述正交分频信号进行分频得到第一分频信号； 第二分频器，其与所述第一分频器连接，用于对所述第一分频信号进行分频得到第二分频信号； 鉴频鉴相器，其与所述第二分频器连接，用于将第二分频信号与设定的參考信号进行比较，产生与这两个信号的相位差成比例的脉冲信号； 电荷泵，其与所述鉴频鉴相器连接，用于将所述脉冲信号转化为模拟电压信号差分输出； 环路滤波器，其连接至所述电荷泵和所述压控振荡器之间，用于对所述电荷泵输出的模拟电压信号进行滤波以输入到所述压控振荡器中。2.根据权利要求1所述的毫米波锁相环，其特征在于，所述压控振荡器包括: 电感电容调谐単元，其对输入的信号进行差分调谐，所述电感电容调谐单元由一中心抽头的电感以及与该电感并联的两路相反接法的四个可变电容组成； 负阻单元，其与所述电感电容调谐单元并联，用于给所述电感电容调谐单元提供负阻能量，所述负阻单元是由第一晶体管和第二晶体管交叉耦合形成的负阻对； 直流偏置电路，其从所述第一晶体管和第二晶体管的共源连接点注入偏置电流，所述直流偏置电路包括由第三晶体管和第四晶体管构成的电流镜偏置以及由一电阻和ー电容构成的低通滤波器，所述低通滤波器耦接于所述第三晶体管和第四晶体管之间。3.根据权利要求2所述的毫米波锁相环，其特征在于，所述第一晶体管和所述第二晶体管为薄栅管，所述第三晶体管和所述第四晶体管为厚栅管。4.根据权利要求3所述的毫米波锁相环，其特征在于，所述第三晶体管和所述第四晶体管为N型MOS管。5.根据权利要求2所述的毫米波锁相环，其特征在干，在所述设定频率的振荡信号为40GHz的振荡信号时，所述低通滤波器的电容在皮法量级、所述低通滤波器的电阻在兆欧量级。6.根据权利要求1所述的毫米波锁相环，其特征在于，所述正交输出注入锁定分频器包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：池保勇，陈磊，况立雪，贾海昆，王志华，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：