專利名稱：基于共面帶線的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及牽涉到基于共面帶線(CPS)的半導(dǎo)體器件的各種方法和設(shè)備。在某些示例性實(shí)施例中，正弦信號(hào)源(更具體地，駐波正弦振蕩器)是基于共面帶線結(jié)構(gòu)而被實(shí)施的。
背景現(xiàn)在作為日常生活的常規(guī)部分的現(xiàn)代通信應(yīng)用(諸如蜂窩電話、無線網(wǎng)、衛(wèi)星廣播和光纖通信)依賴于電子學(xué)和相關(guān)的技術(shù)在提高速度和減小體積方面的不斷的進(jìn)步；即提高信息傳輸速度和使得執(zhí)行各種不同的與通信有關(guān)的功能的集成電路小型化。然而，隨著系統(tǒng)設(shè)計(jì)者期待使用在幾十GHz的范圍內(nèi)的更高的頻率以及趨于原子尺度的集成電路的小型化，傳統(tǒng)的集成電路技術(shù)的多個(gè)方面不斷變得不可應(yīng)用并被廢棄。因此，一個(gè)共同的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)牽涉到尋找在更小的空間中實(shí)施用于更快速運(yùn)行的熟知的電路構(gòu)建塊的新的方法。在某些例子中，這樣的實(shí)施方案可以利用基于電磁波的概念，并且牽涉到在半導(dǎo)體基片上制作的傳輸線或波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。
傳輸線理論在技術(shù)上是熟知的。一般來說，傳輸線提供一種可以藉其以受導(dǎo)引的方式傳送功率或信息的手段(例如連接信號(hào)源到負(fù)載)。傳輸線典型地包括通過電介質(zhì)材料分隔開的兩個(gè)平行導(dǎo)體。信號(hào)沿給定的傳輸線作為電磁波傳播，并且與傳輸線有關(guān)的各種物理參數(shù)以及與在線上的信號(hào)的源和在線上的任何負(fù)載有關(guān)的參數(shù)影響波傳播。


圖1a-1e顯示傳輸線的典型的例子，其包括同軸電纜(圖1a)，雙線傳輸線(圖1b)，平行平板或平面線(圖1c)，導(dǎo)電面上的線(圖1d)，和微帶線(圖1e)。另外，值得注意的是，這些例子當(dāng)中的每個(gè)例子由兩個(gè)平行的導(dǎo)體組成。同軸電纜通常在電實(shí)驗(yàn)室和幾種通常的消費(fèi)者應(yīng)用中被使用來互聯(lián)各種電設(shè)備(例如，連接電視機(jī)到電視天線或有線電視饋源)。微帶線在基于各種半導(dǎo)體制造技術(shù)的集成電路中是特別重要的，其中在電介質(zhì)基片上制造的平行金屬帶(即，由電介質(zhì)分開)連接電子元件。
傳輸線常常被看作為更廣的“波導(dǎo)”類別的特殊的情形。波導(dǎo)總的涉及被配置成把電磁輻射從一點(diǎn)導(dǎo)引到另一點(diǎn)的系統(tǒng)。然而，在幾個(gè)通常的應(yīng)用中，波導(dǎo)更具體地被看作為有邊界的導(dǎo)管(conduit)，通過該導(dǎo)管，電磁輻射以比起通常結(jié)合傳輸線考慮的略微更受限制的方式進(jìn)行傳播。例如，在微波領(lǐng)域，不像雙導(dǎo)體傳輸線，波導(dǎo)可被形成為空心的金屬管道，其截面可以是長方形、橢圓形或圓形。在傳輸線完全不支持的光學(xué)領(lǐng)域，波導(dǎo)常常被形成為固體電介質(zhì)絲(例如，光纖)，或者被形成為以較低折射率環(huán)境為界限的電介質(zhì)薄膜。
正如傳統(tǒng)上在許多應(yīng)用中所處理的那樣，傳輸線常常被表征為在某些重要方面與更廣的波導(dǎo)類別多少有所不同。例如，首先，傳輸線通常可被配置成工作在從DC(頻率f＝0)到非常高的頻率(例如，在毫米波和微波范圍，從約1GHz到100GHz)的范圍內(nèi)；然而，波導(dǎo)只能在由它的具體的結(jié)構(gòu)和尺寸確定的某個(gè)頻率(“截止頻率”)以上工作，所以一般用作為高通濾波器。另一方面，在約50GHz到300GHz的更高數(shù)量級(jí)的頻率上，傳輸線在傳統(tǒng)上由于在傳輸線導(dǎo)體中熟知的趨膚效應(yīng)以及與分隔開導(dǎo)體的材料有關(guān)的電介質(zhì)損耗而通常被看作為低效的；相反，波導(dǎo)在傳統(tǒng)上在這個(gè)頻率范圍中被看作為得到較大的帶寬和較低的信號(hào)衰減(即，具有較低信號(hào)功率損耗的較寬范圍的頻率響應(yīng))。然而，在這個(gè)頻率范圍的低端和以下的頻率，波導(dǎo)傳統(tǒng)上被認(rèn)為對于某些應(yīng)用(特別是對于其中典型地不斷小型化是目標(biāo)的集成電路應(yīng)用)在尺寸上是過大的。傳輸線與波導(dǎo)之間的另一個(gè)差別在于，傳輸線只能支持橫電磁(TEM)波(即，其中電場與磁場對于波傳播方向橫向地取向的波)，而波導(dǎo)通常可支持許多可能的場結(jié)構(gòu)(即模式)。
在微電子電路的半導(dǎo)體制造中，用于載送高頻電子信號(hào)的波導(dǎo)和傳輸線傳統(tǒng)上以各種各樣的方式被實(shí)施。兩個(gè)這樣的實(shí)施方案分別被稱為共面波導(dǎo)(CPW)和共面帶線(CPS)。圖2A和2B顯示共面波導(dǎo)的不同的視圖，而圖3A和3B顯示共面帶線的不同的視圖。
具體地說，圖2A顯示由被布置在半導(dǎo)體基片103上的電介質(zhì)層101上的三個(gè)平行導(dǎo)體20A、40和20B形成的共面波導(dǎo)50的截面圖。圖2B顯示向下看示例性共面波導(dǎo)器件的頂視圖，其中中心導(dǎo)體40的各端端接在焊盤42A和42B上，導(dǎo)體20A和20B被顯示為電連接，以便完全包圍在平面上的導(dǎo)體40(圖2A的截面圖是沿圖2B的虛線I-I’取的)。如圖2A和2B所示，導(dǎo)體20A和20B的寬度W1可以大大地大于中心導(dǎo)體40的寬度W2。
在正常工作期間，共面波導(dǎo)50的導(dǎo)體20A和20B一起被電連接到地或參考電位，要被傳輸?shù)男盘?hào)被施加到中心導(dǎo)體40。在這方面，特別值得注意的是，在共面波導(dǎo)中各個(gè)地和信號(hào)導(dǎo)體是不對稱的，因?yàn)榻M合的地導(dǎo)體20A和20B比起中心導(dǎo)體40覆蓋大得多的面積。這種結(jié)構(gòu)通常被稱為“非平衡”結(jié)構(gòu)。包圍中心信號(hào)導(dǎo)體40的大的地或參考電位的安排用來把電場限制在中心導(dǎo)體與地或參考導(dǎo)體之間，由此創(chuàng)建“導(dǎo)管”，電磁波可以通過它傳播。
與共面波導(dǎo)相反，共面帶線是對稱的或平衡的雙導(dǎo)體器件。圖3A和3B顯示由間隔開一個(gè)距離S的兩個(gè)基本上相同的平行導(dǎo)體100A和100B組成的理想化的無限大長度共面帶線100的一個(gè)例子的不同的透視圖。具體地，圖3A顯示導(dǎo)體100A和100B的截面圖，它們例如可以是布置在基片103上的電介質(zhì)層101上面的金屬線。圖3B顯示向下看布置在基片103上的導(dǎo)體的頂視圖(圖3A的截面圖是沿圖3B的虛線II-II’取的)。
正如在圖3A和3B上容易看到的那樣，共面帶線100的幾何關(guān)系與圖2A和2B上所示的共面波導(dǎo)50的幾何關(guān)系顯著不同。具體地，共面波導(dǎo)50在截面內(nèi)包括三個(gè)導(dǎo)體，而共面帶線100只包括兩個(gè)導(dǎo)體。而且，不像共面波導(dǎo)50的、可以分別具有不同的寬度的地導(dǎo)體20A和20B與中心信號(hào)導(dǎo)體40，共面帶線的導(dǎo)體100A和100B具有基本上相同的寬度W3，如圖3A和3B所示。另外，在共面帶線中基本上相同的平行導(dǎo)體的這種安排通常被稱為對稱的或“平衡的”結(jié)構(gòu)。這樣的對稱的或平衡的雙導(dǎo)體結(jié)構(gòu)容易支持在共面帶線上的差分信號(hào)，正如下面進(jìn)一步討論的；相反，共面波導(dǎo)的非對稱的或非平衡的結(jié)構(gòu)不支持差分信號(hào)，而僅僅支持“單端的”信號(hào)(即，以地電位為參考的信號(hào))。
對于許多傳統(tǒng)的微波應(yīng)用，由于主要單端的或非平衡微波器件的流行，共面波導(dǎo)實(shí)施方案通常優(yōu)選地作為電路互聯(lián)結(jié)構(gòu)。另外，共面波導(dǎo)通常被看作為比起共面帶線具有小得多的損耗，特別是在微波頻率下到基片的信號(hào)損耗。因此，從歷史上看，在高頻微電子器件方面許多相關(guān)的文獻(xiàn)更多地集中在共面波導(dǎo)而不是共面帶線。共面波導(dǎo)通常被看作為容易與串聯(lián)和并聯(lián)的有源和無源電路元件集成。而且，共面波導(dǎo)導(dǎo)體的長度可以容易地變化，以匹配于電路元件引線寬度，由此易于實(shí)行與其它器件的互聯(lián)，而同時(shí)保持與互聯(lián)的器件兼容的共面波導(dǎo)的想要的特性阻抗。然而，一個(gè)折衷在于，由于側(cè)翼包圍中心信號(hào)導(dǎo)體的相對較寬的、多個(gè)地導(dǎo)體，共面波導(dǎo)占用很大的空間。
共面波導(dǎo)和共面帶線的各種特性可以通過使用與電路理論有關(guān)的共同的概念(諸如電阻、電感、電導(dǎo)、和電容)而至少在某種程度上被建模。然而，基于波的結(jié)構(gòu)通常在一個(gè)基本特征上不同于普通的電網(wǎng)絡(luò)，即相對于工作頻率的尺寸。例如，雖然電網(wǎng)絡(luò)的物理尺寸比起相應(yīng)于工作頻率的波長小得多，但基于波導(dǎo)和傳輸線的器件的尺寸通常是相應(yīng)于器件的工作頻率的波長的相當(dāng)大的分?jǐn)?shù)，它甚至可以是許多個(gè)波長。因此，雖然與電阻、電感、電導(dǎo)、和電容有關(guān)的元件可以在通常的電路中被描述為具有集中參數(shù)的分立元件，但傳輸線和波導(dǎo)必須通過在傳輸線/波導(dǎo)的整個(gè)長度內(nèi)分布的電路參數(shù)被描述。
鑒于上述的內(nèi)容，圖4A和4B顯示與基于電路概念的分布的“線參數(shù)”有關(guān)的、兩個(gè)不同的理論傳輸線/波導(dǎo)模型。具體地，圖4A顯示“單端的”模型30(它可被應(yīng)用于圖2A和2B所示的共面波導(dǎo)50)，以及圖4B顯示“差分”模型32(它可被應(yīng)用于圖3A和3B所示的共面帶線100)。
在圖4A和4B的模型中，參數(shù)z表示在波傳播方向上沿傳輸線/波導(dǎo)的長度的距離(其中dz表示差分長度)?；陔娐返木€參數(shù)在圖4A和4B上被表示為每個(gè)單位長度的電阻R，每個(gè)單位長度的電感L，每個(gè)單位長度的電導(dǎo)G，和每個(gè)單位長度的電容C，其中R和L是串聯(lián)元件以及G和C是并聯(lián)元件。在圖4B上，起因于串聯(lián)元件R和L的數(shù)值在模型32的兩個(gè)相同的電導(dǎo)中間進(jìn)行劃分(例如，Rdz/2和Ldz/2)，以同樣表示模型的“差分”特性。
可被使用來表征共面波導(dǎo)或共面帶線的線參數(shù)R、L、G和C直接得自被使用來制造共面帶線或共面波導(dǎo)材料的類型(例如，電介質(zhì)、基片和金屬組件)和與共面帶線或共面波導(dǎo)安排相關(guān)的各種尺寸(例如，導(dǎo)體的寬度和厚度、在導(dǎo)體之間的空間、電介質(zhì)層的厚度等等)。更具體地，在給定的結(jié)構(gòu)中牽涉到的材料和尺寸通常確定與結(jié)構(gòu)有關(guān)的各種物理特性，諸如有效介電常數(shù)εeff、導(dǎo)磁率μ和各種損耗因子，而線參數(shù)R、L、G和C是基于這些參數(shù)的。
另外，如圖4A和4B所示，應(yīng)當(dāng)看到，線參數(shù)R、L、G和C不是分立的或集中參數(shù)的，而是沿共面帶線或共面波導(dǎo)的整個(gè)長度均勻地分布。另外，應(yīng)當(dāng)看到，R是導(dǎo)體的每個(gè)單位長度的AC電阻(即，“串聯(lián)”電阻)，而G是由于把導(dǎo)體互相分隔開的電介質(zhì)介質(zhì)和基片造成的、每個(gè)單位長度的電導(dǎo)(即，“并聯(lián)”電阻)。
共面帶線或共面波導(dǎo)的分布電阻、電導(dǎo)、電感和電容自然導(dǎo)致給定的實(shí)施方案的特定的頻率特性。例如，電感和電容的通常的能量貯存功能具有基于與電感/電容有關(guān)的任何電阻/電導(dǎo)的頻率依賴性。用于表征包括給定的傳輸線(或波導(dǎo))結(jié)構(gòu)的依賴于頻率的系統(tǒng)的頻率特性的一個(gè)共同的參數(shù)被稱為“品質(zhì)因數(shù)”，在文獻(xiàn)中典型地表示為Q。
依賴于頻率的系統(tǒng)的品質(zhì)因數(shù)Q通常被定義為系統(tǒng)的峰值或諧振頻率與系統(tǒng)的頻帶寬度(即在系統(tǒng)的總的頻率響應(yīng)的半功率點(diǎn)之間的頻率范圍)的比值。品質(zhì)因數(shù)Q替換地可被看作為被存儲(chǔ)在系統(tǒng)中的最大能量與在給定的時(shí)間周期內(nèi)由系統(tǒng)損耗的總的能量的比值。鑒于上述的內(nèi)容，具有相對較大的Q的系統(tǒng)通常被看作為是“頻率選擇性”，它們以相對較小的能量損耗支持接近于給定的諧振頻率的頻率。相反，具有相對較小的Q的系統(tǒng)不一定具有顯著的頻率偏好，因此常常被看作為或多或少的有損系統(tǒng)。
給定的共面波導(dǎo)或共面帶線安排的品質(zhì)因數(shù)可以通過與波沿共面波導(dǎo)或共面帶線的傳播有關(guān)的各種參數(shù)來表示。再次參考圖3B所示的共面帶線100，示例的依賴于位置的電壓V(z)是表示在導(dǎo)體之間的，以及示例的依賴于位置的電流I(z)被顯示為流過導(dǎo)體的，其中z表示沿波傳播的方向的距離。作為沿共面帶線的位置z的函數(shù)的V(z)可被表示為V(z)＝Voe-αzcos(2πft-βz)，其中V0是波的幅度，以及量(2πft-βz)代表波的相位(以弧度計(jì))，它取決于時(shí)間t和空間z。當(dāng)然，f是波的頻率，以及β是波的相位常數(shù)，被定義為β＝2π/λ；實(shí)際上，相位常數(shù)β表示對于行進(jìn)的每個(gè)波長的距離，波經(jīng)受2π的弧度的相位改變。最后，α是代表當(dāng)波傳播時(shí)的損耗的衰減因子，它影響波的總的幅度；即當(dāng)α增加時(shí)，表示更大的損耗，波的幅度V0因此按e-αz的因子減小。如上所述，對于相對較低損耗的依賴于頻率的系統(tǒng)，品質(zhì)因數(shù)Q也可以用相位常數(shù)β和衰減因子α表示為Q≈β/2α。
傳輸線和波導(dǎo)的另一個(gè)重要的特征參數(shù)涉及到波沿傳輸線或波導(dǎo)傳播的速度。具體地，傳輸線或波導(dǎo)傳播的相位速度通常被表示為v，按照v＝fλ，提供在頻率f與波在給定的介質(zhì)中的波長λ之間的關(guān)系，它代表介質(zhì)中波傳播的速度。因此，對于給定的頻率f，較小的相位速度v導(dǎo)致較短的波長λ。相位速度v得自于器件的特定的物理特性，諸如有效介電常數(shù)εoff和導(dǎo)磁率μ。對于圖4A和4B所示的模型，相位速度可以通過單位長度的電感值L和單位長度的電容值C被表示為v=1/LC.]]>由于電路尺寸的減小通常是改進(jìn)微電子器件制造技術(shù)的重要的目標(biāo)，在文獻(xiàn)中集中在基于有利于相位速度減小的特征的微波器件的尺寸減小上。另外，相位速度減小導(dǎo)致在給定的工作頻率下波長的相應(yīng)的減小。諸如諧振器、振蕩器、阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)、信號(hào)分離器和組合器、濾波器、放大器、和延時(shí)器那樣的器件可以根據(jù)傳輸線或波導(dǎo)結(jié)構(gòu)被實(shí)施。通常如上所述，在給定想要的工作頻率范圍后，這樣的器件的尺寸是與波長λ可比較的。因此，通過降低相位速度，可以實(shí)現(xiàn)更小的器件。
記住這一點(diǎn)，自從1970年代以來，一直在研究微波領(lǐng)域中的各種“慢波”結(jié)構(gòu)。另外，許多這些研究涉及單塊微波集成電路(MMIC)，它包括合并了被設(shè)計(jì)成在給定的工作頻率或頻率范圍下減小相位速度和波長從而減小器件尺寸的特征的共面波導(dǎo)。用于實(shí)現(xiàn)慢波結(jié)構(gòu)的一個(gè)這樣的特征包括“周期加載的”共面波導(dǎo)，其中把浮動(dòng)金屬帶周期地放置在三個(gè)共面波導(dǎo)導(dǎo)體下面并且是相對于導(dǎo)體橫向地取向的。浮動(dòng)金屬帶的存在通常被看作為空間分隔開傳播的波的電能和磁能，這導(dǎo)致共面波導(dǎo)的增加的單位長度的電容值C。按照關(guān)系式v=1/LC,]]>這樣的增加的單位長度的電容值C導(dǎo)致給定頻率f下的較小的相位速度，從而導(dǎo)致較小的波長λ。因此，這些慢波特征有助于制造更小的器件。
在傳統(tǒng)的基于共面波導(dǎo)的慢波結(jié)構(gòu)中，按照關(guān)系式β＝2π/λ，波長λ的減小導(dǎo)致相位常數(shù)β的相應(yīng)的增加。然而，按照關(guān)系式Q≈β/2α，增加的相位常數(shù)β對品質(zhì)因數(shù)Q的影響從所述文獻(xiàn)中還沒有完全清楚；雖然從β的增加可以預(yù)期Q的增加，但慢波特征對共面波導(dǎo)的損耗α的影響是不清楚的。在某些報(bào)告中，已經(jīng)提出合并了浮動(dòng)金屬帶的共面波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)的Q值由于由慢波特征的存在造成的增加的損耗，實(shí)際上可能從不具有慢波結(jié)構(gòu)的共面波導(dǎo)的Q值降低。因此，看來在某些共面波導(dǎo)慢波結(jié)構(gòu)中可能在品質(zhì)因數(shù)與相位速度之間存在有折衷；即，雖然可以減小相位速度來便于實(shí)現(xiàn)較小的器件，但這還導(dǎo)致較大的損耗，由此惡化器件的品質(zhì)因數(shù)。
發(fā)明概要本公開內(nèi)容總的涉及牽涉到基于共面帶線(CPS)的半導(dǎo)體器件的各種方法和設(shè)備。
雖然共面波導(dǎo)(CPW)在過去在諸如微波電路器件和結(jié)構(gòu)的領(lǐng)域中或許受到更大的注意，但申請人看到和認(rèn)識(shí)到各種共面帶線(CPS)結(jié)構(gòu)可以易于制造幾種有用的高速微電子器件，以用于各種各樣的應(yīng)用。
共面波導(dǎo)與共面帶線之間的幾個(gè)差別已在上面結(jié)合圖2A、2B、3A和3B討論過。例如，共面帶線在截面上是雙導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，而共面波導(dǎo)在截面上是三導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，典型地比起共面帶線需要大得多的空間。共面帶線的雙導(dǎo)體結(jié)構(gòu)由于導(dǎo)體的對稱性，是“平衡的”結(jié)構(gòu)；相反共面波導(dǎo)的三導(dǎo)體結(jié)構(gòu)由于三個(gè)波導(dǎo)導(dǎo)體(即，兩個(gè)寬導(dǎo)體和一個(gè)窄導(dǎo)體)之間的重大的非對稱性，是“非平衡的”結(jié)構(gòu)。
對于許多電路應(yīng)用，在共面帶線與共面波導(dǎo)之間的最重大的差別或許是，主要由于其平衡結(jié)構(gòu)，共面帶線可以支持差分信號(hào)，而共面波導(dǎo)不能支持差分信號(hào)。
差分信號(hào)在其中信號(hào)可能易于被“拾取物(pickup)”和其它各種噪聲所污染的應(yīng)用中是重要的。例如，通過相對較長距離和或其中可能存在幾個(gè)信號(hào)或其它輻射的環(huán)境，所傳送的信號(hào)可能受到不想要的失真，所述失真破壞信號(hào)的完整性。通過使用兩個(gè)導(dǎo)體以不同的方式輸送信號(hào)，通常沿兩個(gè)導(dǎo)體拾取的任何噪聲在差分信號(hào)被恢復(fù)時(shí)可被抵銷(通過觀察在兩個(gè)導(dǎo)體上各自的信號(hào)之間的差值)；具體地，在導(dǎo)體上的共模噪聲通過從另一個(gè)導(dǎo)體上的信號(hào)中減去一個(gè)導(dǎo)體上的信號(hào)(優(yōu)選地只留下差分信號(hào))而被“抑制”。這個(gè)概念通常稱為“共模抑制”。
共面帶線容易支持差分信號(hào)并由此對不想要的噪聲實(shí)現(xiàn)共模抑制的能力可以通過再次參考圖3A和3B清楚地看到。具體地，在這些圖上所示的共面帶線100中，兩個(gè)實(shí)際上相同的導(dǎo)體100A和100B的任一個(gè)都不需要處在信號(hào)地或其它參考電位；相反，兩個(gè)共面帶線導(dǎo)體可以各自地和同時(shí)地載送不同的信號(hào)，每個(gè)都以地或某個(gè)其它電位為參考。而且，因?yàn)閷?dǎo)體實(shí)際上是相同的并且互相靠近，它們在噪聲拾取方面基本上相同地響應(yīng)于它們的環(huán)境。
相反，共面波導(dǎo)(如圖2A和2B所示)只支持“單端的”電信號(hào)，即以地電位為參考的信號(hào)。而且，共面波導(dǎo)由于它的組合的地導(dǎo)體比起它的信號(hào)導(dǎo)體的更大的尺寸，固有地是非平衡的。因此，共面波導(dǎo)的導(dǎo)體在噪聲拾取方面不同地響應(yīng)于它們的環(huán)境。所以，共面波導(dǎo)不容易支持差分信號(hào)，并且基于共面波導(dǎo)的器件沒有利用由共面帶線提供的噪聲減小能力。當(dāng)然，共面帶線還可被配置成使得它的兩個(gè)導(dǎo)體之一處在地電位或某個(gè)其它參考電位；然而，共面帶線的支持差分信號(hào)的能力使得共面帶線結(jié)構(gòu)比起共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)對于許多電路應(yīng)用是更為理想的。
鑒于上述的內(nèi)容，下面公開的幾個(gè)實(shí)施例涉及合并了便于實(shí)現(xiàn)許多不同的微電子器件的各種特征的共面帶線結(jié)構(gòu)?？梢院喜凑毡竟_內(nèi)容的各種共面帶線結(jié)構(gòu)的器件的例子包括但不限于阻抗匹配器件、用于功率組合和分離的器件、延時(shí)器、諧振器、振蕩器、濾波器、放大器、混頻器等等，包括這樣的器件的基于CMOS的實(shí)施方案。在某些示例性實(shí)施例中，正弦信號(hào)源(更具體地說是駐波正弦振蕩器)是根據(jù)按照本公開內(nèi)容的各種共面帶線結(jié)構(gòu)被實(shí)施的。
下面進(jìn)一步討論的某些實(shí)施例涉及大大地提高最終得到的器件的品質(zhì)因數(shù)Q的共面帶線實(shí)施方案的各種特征。例如，在這樣的實(shí)施例的各個(gè)方面，對于在硅基片以及其它基片上制造的共面帶線器件可以實(shí)現(xiàn)約20或更高的品質(zhì)因數(shù)Q的提高。這樣的提高大大有助于改進(jìn)基于這樣的實(shí)施方案的各種電路器件(例如，諧振器、振蕩器)的性能。在一個(gè)實(shí)施例中，在減小一個(gè)或多個(gè)在器件中傳播的波的相位速度的同時(shí)，達(dá)到品質(zhì)因數(shù)Q的提高，由此易于制造出更小的器件。在再一個(gè)實(shí)施例中，變尖的(tapered)共面帶線結(jié)構(gòu)導(dǎo)致依賴于位置的線參數(shù)，其可被利用來得到很高Q的器件。
例如，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例針對包括共面帶線(CPS)的設(shè)備，該共面帶線只包括基本上互相平行并基本上沿第一方向取向的第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體。這個(gè)實(shí)施例的設(shè)備還包括被布置在靠近共面帶線的多個(gè)直線導(dǎo)電帶。所述多個(gè)直線導(dǎo)電帶基本上互相平行，并基本上沿與第一方向垂直的第二方向取向。在本實(shí)施例的一個(gè)方面，該設(shè)備還包括硅基片，其上放置至少一個(gè)電介質(zhì)材料、多個(gè)直線導(dǎo)電帶和共面帶線。在另一個(gè)方面，該設(shè)備被配置成支持在共面帶線上的、具有在從約1GHz到60GHz或更高的范圍中的頻率的至少一個(gè)信號(hào)。在再一個(gè)方面，共面帶線和多個(gè)直線導(dǎo)電帶被安排成使得該設(shè)備對于在從約1GHz到60GHz的范圍中的至少一個(gè)頻率具有至少30的品質(zhì)因數(shù)Q。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例針對一種用于輸送至少一個(gè)差分信號(hào)的方法，包括通過基本上沿第一方向取向并被放置在多個(gè)直線導(dǎo)電帶附近的共面帶線輸送至少一個(gè)差分信號(hào)的步驟，其中所述多個(gè)直線導(dǎo)電帶基本上互相平行，并基本上沿與第一方向垂直的第二方向取向。
本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施例針對一種被配置成單位長度的電阻R與單位長度的電導(dǎo)G是沿共面帶線的位置的離散的或連續(xù)的函數(shù)的共面帶線。在這個(gè)實(shí)施例的一個(gè)方面，實(shí)施變尖的共面帶線結(jié)構(gòu)，其中在共面帶線導(dǎo)體之間的空間和導(dǎo)體本身的寬度是沿共面帶線的長度變化的。在這個(gè)實(shí)施例的一個(gè)方面，這樣的變尖的結(jié)構(gòu)沿共面帶線的長度有效地改變線參數(shù)R和G，而同時(shí)基本上保持共面帶線的均勻的阻抗特性，以避免局部反射。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例針對一種包括變尖的共面帶線的設(shè)備，該共面帶線包括第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體，其中第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體基本上沿第一方向取向，以及其中在第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體之間的空間與第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體的寬度沿共面帶線的長度變化。這個(gè)實(shí)施例的設(shè)備還包括被布置在變尖的共面帶線附近的多個(gè)直線的導(dǎo)電帶。所述多個(gè)直線導(dǎo)電帶基本上互相平行，并基本上沿與第一方向垂直的第二方向取向。
本發(fā)明的其它實(shí)施例總的針對用于實(shí)施基于共面帶線的駐波正弦振蕩器的各種方法和設(shè)備。
例如，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例針對一種被配置成生成具有頻率f0的至少一個(gè)電壓駐波的四分之一波長(λ/4)共面帶線駐波振蕩器(SWO)。這個(gè)實(shí)施例的SWO包括共面帶線，該共面帶線包括兩個(gè)導(dǎo)體和具有等于或近似等于四分之一波長(λ/4)的長度L，其中λ是通過構(gòu)成至少一個(gè)電壓駐波的波的相位速度與頻率f0相聯(lián)系的。該SWO還包括在共面帶線的第一個(gè)端被布置在導(dǎo)體之間至少一個(gè)放大器，其中兩個(gè)導(dǎo)體在共面帶線的第二端處被連接在一起，以形成短路。
在本實(shí)施例的一個(gè)方面，所述SWO被配置成通過利用模式控制技術(shù)，而使得在高頻下具有低的功率耗散的正弦性能最佳化。具體地，在本實(shí)施例的一個(gè)方面，該SWO被配置為基本上單模器件，其通過利用具有沿共面帶線的長度的不同的增益的多個(gè)放大器而采用定制的分布式放大方案。在本實(shí)施例的再一個(gè)方面，放大器的不同的增益是“依賴于幅度的”，這樣，它們至少部分地基于在沿共面帶線的放大器的各個(gè)位置處的想要的模式的預(yù)期幅度。
更一般地，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例針對一種用于在共面帶線上生成至少一個(gè)電壓駐波的方法，包括沿共面帶線以變化的方式分布放大以便克服共面帶線損耗的步驟。本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例針對一種用于在共面帶線上生成至少一個(gè)電壓駐波的方法，包括控制該至少一個(gè)電壓駐波的振蕩模式的步驟。在這些實(shí)施例的各種方面，依賴于幅度的分布式放大可被利用來實(shí)行低損耗單模操作。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例針對一種利用共面帶線結(jié)構(gòu)的SWO，包括多個(gè)被布置在共面帶線附近的直線導(dǎo)電帶。所述多個(gè)直線導(dǎo)電帶基本上互相平行，并基本上沿與第一方向垂直的第二方向取向。在本實(shí)施例的一個(gè)方面，共面帶線導(dǎo)體和多個(gè)直線導(dǎo)電帶互相相對地排列，以便實(shí)現(xiàn)品質(zhì)因數(shù)增強(qiáng)和在共面帶線導(dǎo)體上的電壓駐波分量的相位速度減小。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例針對一種利用變尖的共面帶線結(jié)構(gòu)的SWO，以便通過SWO大大地減小功耗。在本實(shí)施例的一個(gè)方面，該SWO被配置成使得低的單位長度電導(dǎo)值(低G)的共面帶線區(qū)域被放置在、或接近其中預(yù)期最大電壓幅度的點(diǎn)，以便減小到基片的功率耗散。此外，另一個(gè)方面，低的單位長度電阻值(低R)的共面帶線區(qū)域被放置在、或接近其中預(yù)期最大電流的點(diǎn)，以便減小來自傳輸線本身的功率耗散(即，串聯(lián)損耗)。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例針對一種利用一個(gè)或多個(gè)定制的分布式放大方案的共面帶線SWO、多個(gè)被布置在共面帶線附近的直線導(dǎo)電帶和變尖的共面帶線結(jié)構(gòu)，以便實(shí)施模式控制和減小振蕩器的總的功率耗散。
在再一個(gè)實(shí)施例中，所述SWO被配置成使得頻率可調(diào)節(jié)能力再次被最佳化，以便減小功率耗散而同時(shí)易于很大地調(diào)節(jié)振蕩器頻率。例如，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例針對一種用于控制在共面帶線上至少一個(gè)電壓駐波的頻率，包括把至少一個(gè)頻率控制裝置沿共面帶線放置在近似在至少一個(gè)電壓駐波的最大幅度與該至少一個(gè)電壓駐波的零電壓節(jié)點(diǎn)之間的中點(diǎn)的位置。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例針對一種基于環(huán)形諧振器共面帶線實(shí)施方案的閉環(huán)(例如，圓形)SWO。具體地，本實(shí)施例的SWO包括包括兩個(gè)導(dǎo)體的閉環(huán)共面帶線，和在第一位置處被布置在兩個(gè)導(dǎo)體之間的至少一個(gè)放大器。兩個(gè)導(dǎo)體在不同于第一位置的第二位置處被連接在一起，以便為該至少一個(gè)電壓駐波提供零電壓節(jié)點(diǎn)。在本實(shí)施例的各種方面，一個(gè)或多個(gè)定制的分布式放大方案、多個(gè)被布置在共面帶線附近的直線導(dǎo)電帶和變尖的共面帶線結(jié)構(gòu)可以連同閉環(huán)結(jié)構(gòu)一起被使用。在另一個(gè)方面，包括共面帶線導(dǎo)體的交叉耦合的特定的放大器結(jié)構(gòu)被利用來通過使用特定的諧振器拓?fù)鋪肀阌趩文＿\(yùn)行，以避免引起振蕩器中的重大的損耗。
應(yīng)當(dāng)看到，上述的概念和下面更詳細(xì)地討論的附加的概念的所有的組合被看作為這里公開的本發(fā)明的主題的一部分。具體地，在本公開內(nèi)容的末尾出現(xiàn)的權(quán)利要求書的主題的所有的組合被看作為這里公開的本發(fā)明主題的一部分。
附圖簡述不打算把附圖按比例畫出。在附圖中，在各個(gè)圖上顯示的每個(gè)相同的或接近相同的部件用相同的附圖標(biāo)記表示。為了清晰起見，在每個(gè)圖上不是每個(gè)部件都加標(biāo)號(hào)，在圖上圖1顯示傳統(tǒng)的傳輸線的各種例子；圖2A和2B顯示傳統(tǒng)的共面波導(dǎo)(CPW)的不同的視圖；圖3A和3B顯示傳統(tǒng)的共面帶線(CPS)的不同的視圖；圖4A顯示對于圖2A和2B的共面波導(dǎo)的分布式線參數(shù)的“單端”模型；圖4B顯示對于圖3A和3B的共面帶線的分布式線參數(shù)的“差分”模型；圖5A和5B分別是顯示按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的、基于共面帶線結(jié)構(gòu)的設(shè)備的例子的透視圖和截面圖；圖6A、6B和6C是顯示按照本發(fā)明的各種實(shí)施例的、對于圖5A和5B的設(shè)備的不同的配置的仿真的品質(zhì)因數(shù)Q對信號(hào)頻率的三條曲線；圖7A、7B和7C是顯示按照本發(fā)明的各種實(shí)施例的、對于在圖6A、6B和6C上表示的不同的配置的仿真的減慢因子或相位速度減小對信號(hào)頻率的三條曲線；圖8是按照本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施例的、示例性的基于共面帶線結(jié)構(gòu)的設(shè)備的截面圖；圖9A和9B是按照本發(fā)明的各種實(shí)施例的、分別比較對于基于圖5A和5B以及圖8所示的結(jié)構(gòu)不同的設(shè)備的品質(zhì)因數(shù)Q和減慢因子或相位速度減小的兩條曲線；圖10顯示按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的、示例性的基于共面帶線結(jié)構(gòu)的設(shè)備的截面圖；圖11顯示按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的、示例性的基于共面帶線結(jié)構(gòu)的設(shè)備的透視圖12顯示基于共面帶線實(shí)施方案的傳統(tǒng)的駐波振蕩器的例子；圖13A顯示按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的、四分之一波長共面帶線駐波振蕩器的例子；圖13B顯示對于圖13A所示的振蕩器的電壓和電流波形；圖14A顯示按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的、利用多個(gè)放大器的四分之一波長共面帶線駐波振蕩器的例子；圖14B顯示對于圖14A所示的振蕩器的電壓波形；圖15A顯示按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的、利用變尖的共面帶線結(jié)構(gòu)的四分之一波長駐波振蕩器的例子；圖15B是相對于圖15A定位的、圖13B的電壓和電流波形的再現(xiàn)，以便顯示與按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的變尖的共面帶線結(jié)構(gòu)有關(guān)的各種概念；圖16顯示按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的、用于改變沿變尖的共面帶線的R和G而不改變帶線的特性阻抗Z0的方法；圖17進(jìn)一步顯示按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的、結(jié)合逐段變尖的共面帶線的、圖16的方法；圖17A顯示按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的、在圖17的示例性結(jié)構(gòu)中加載的晶體管的影響；圖17B顯示按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的、用于設(shè)計(jì)逐段變尖的共面帶線結(jié)構(gòu)的方法流程圖；圖18A、18B和18C顯示按照本發(fā)明的各種實(shí)施例的、三個(gè)不同的(λ/4)共面帶線駐波振蕩器設(shè)計(jì)方案的照片；圖19A和19B顯示按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的、用于駐波振蕩器的頻率可調(diào)節(jié)性部件的不同表示；圖20A和20B顯示按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的、閉環(huán)駐波振蕩器的例子；圖21顯示按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的、閉環(huán)駐波振蕩器的例子；以及圖22A和22B顯示從圖21的閉環(huán)駐波振蕩器的仿真得到的示例性信號(hào)。
詳細(xì)說明正如在發(fā)明概要中討論的那樣，本公開內(nèi)容的各種實(shí)施例針對牽涉到基于共面帶線(CPS)的半導(dǎo)體器件的各種方法和設(shè)備。申請人看到和認(rèn)識(shí)到各種共面帶線結(jié)構(gòu)可以形成用于許多應(yīng)用的、幾種有用的高速微電子器件的基礎(chǔ)。合并了按照本公開內(nèi)容的各種概念的基于CPS的器件的例子包括但不限于阻抗匹配裝置、用于功率組合和分離的裝置、延時(shí)器、諧振器、振蕩器、濾波器、放大器、混頻器等等，包括這樣的器件的基于CMOS的實(shí)施方案。
一般地，按照本發(fā)明的各種實(shí)施例的、基于共面帶線實(shí)施方案的高速微電子器件可以支持在從約1GHz到約100GHz的范圍內(nèi)的差分信號(hào)，但是應(yīng)當(dāng)看到，本公開內(nèi)容不限于這些方面。例如，在基于這里公開的概念的某些實(shí)施方案中，器件可被配置成運(yùn)行在各種頻率范圍內(nèi)，以支持單端或差分信號(hào)。
在下面進(jìn)一步討論的實(shí)施例中，基于CPS的器件可合并大大地提高最終得到的器件的品質(zhì)因數(shù)Q的各種特征。另外，在達(dá)到品質(zhì)因數(shù)Q的增強(qiáng)的同時(shí)減小在器件中傳播的一個(gè)或多個(gè)波的相位速度，由此也易于制造相對較小的器件。
在緊接在下面章節(jié)中，首先給出通常可以在各種各樣的器件中利用的、涉及按照本公開內(nèi)容的不同的共面帶線結(jié)構(gòu)的實(shí)施例。本公開內(nèi)容的以后的章節(jié)提供包括駐波振蕩器(SWO)的具體的例子的、基于各種共面帶線結(jié)構(gòu)的器件的某些具體的例子。應(yīng)當(dāng)看到，這里討論的例子主要被提供來說明構(gòu)成本公開內(nèi)容的基礎(chǔ)的某些突出的概念，以及本發(fā)明不限于這里討論的實(shí)施方案的任何具體的方式或任何具體的例子。
I.具有浮動(dòng)導(dǎo)體陣列的共面帶線圖5A和5B分別是顯示按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的、基于共面帶線結(jié)構(gòu)的設(shè)備60的例子的透視圖和截面圖。在圖5A的左上角，包括x軸36、y軸38、和z軸34的坐標(biāo)系提供用于設(shè)備60的透視圖的總的取向；類似地，在圖5B上，在左上角的y軸38和z軸34表示截面圖是沿平行于z軸36的方向的。
如圖5A所示，所述設(shè)備包括共面帶線100，其具有基本上互相平行并基本上沿平行于z軸34的第一方向取向的第一導(dǎo)體100A和第二導(dǎo)體100B。設(shè)備60還包括被布置在靠近共面帶線100的基本上直線的導(dǎo)電帶的陣列62。構(gòu)成陣列62的直線導(dǎo)電帶基本上互相平行，并且陣列62基本上沿與第一方向垂直的第二方向取向。在本實(shí)施例的一個(gè)方面，如圖5A所示，第二方向可以基本上平行于x軸36，即與共面帶線100沿其取向的第一方向正交。應(yīng)當(dāng)看到，在圖5A和5B所示的陣列中畫出的導(dǎo)電帶的數(shù)目主要用于說明，以及本發(fā)明不限于在陣列62中導(dǎo)電帶的任何具體的數(shù)目。
如圖5A和5B所示，設(shè)備60還包括至少被放置在共面帶線100與導(dǎo)電帶陣列62之間的至少一個(gè)電介質(zhì)材料101，和其上放置電介質(zhì)材料、導(dǎo)電帶陣列及共面帶線的基片103。在本實(shí)施例的一個(gè)方面，電介質(zhì)材料101可以是氧化硅，但是本發(fā)明在這方面不加以限制，因?yàn)樵诟鞣N實(shí)施方案中可以利用其它電介質(zhì)材料。在本實(shí)施例的另一個(gè)方面，基片103可以是硅；然而，再次地，本發(fā)明在這方面不加以限制，因?yàn)樵诟鞣N實(shí)施方案中可以利用其它基片(例如，GaAs、SiGe等等)。參考圖5B，可以看到，按照本實(shí)施例的另一個(gè)方面，共面帶線100(其中只有導(dǎo)體100B在圖5B的圖上是可看見的)被布置在第一平面64，并且直線導(dǎo)電帶陣列62被布置在基本上平行于第一平面64的第二平面66，這樣，第一平面和第二平面的法線65穿過共面帶線的一個(gè)導(dǎo)體和陣列62的至少一個(gè)導(dǎo)電帶。
按照圖5A和5B所示的實(shí)施例的設(shè)備60的其它方面，該設(shè)備通常被配置成支持在共面帶線上的、具有在從約1GHz到100GHz的范圍中的頻率的至少一個(gè)信號(hào)。更具體地，該設(shè)備可被配置成支持在共面帶線上的、具有在從約10GHz到60GHz的范圍中的頻率的至少一個(gè)信號(hào)。在各種實(shí)施方案中，差分信號(hào)(或單端信號(hào))可以沿共面帶線的導(dǎo)體100A和100B被輸送，而同時(shí)直線導(dǎo)電帶的陣列相對于導(dǎo)體100A和100B被保持在浮動(dòng)電位。正如下面進(jìn)一步討論的，浮動(dòng)導(dǎo)體陣列62靠近共面帶線100，導(dǎo)致設(shè)備的品質(zhì)因數(shù)Q相對于通常在不帶有陣列62的傳統(tǒng)的共面帶線中(例如，參照圖3A和3B)觀察到的設(shè)備品質(zhì)因數(shù)Q值的增加。
例如，在圖5A和5B的實(shí)施例的一個(gè)方面，共面帶線100和直線導(dǎo)電帶的陣列62被安排成使得設(shè)備對于在從約1GHz到至少60GHz的范圍中的至少一個(gè)頻率具有至少30的品質(zhì)因數(shù)Q。在再一個(gè)方面，共面帶線和直線導(dǎo)電帶的陣列被安排成使得設(shè)備對于在從約1GHz到至少60GHz的范圍中的至少一個(gè)頻率具有至少50的品質(zhì)因數(shù)。在再一個(gè)方面，共面帶線和直線導(dǎo)電帶的陣列被安排成使得設(shè)備對于在從約1GHz到至少60GHz的范圍中的至少一個(gè)頻率具有至少70的品質(zhì)因數(shù)。正如下面進(jìn)一步討論的，上述的特性至少部分地經(jīng)由設(shè)備的各種部件的特定的尺寸、在部件之間的特定的間隔和在設(shè)備中利用的材料類型的選擇而達(dá)到。
按照本實(shí)施例的再一個(gè)方面，在圖5A和5B的設(shè)備60中浮動(dòng)導(dǎo)體陣列62的存在也可導(dǎo)致在器件中傳播的一個(gè)或多個(gè)波的相位速度的減小，由此也易于制造相對較小的器件。浮動(dòng)導(dǎo)體陣列的這個(gè)“慢波”效應(yīng)在其它結(jié)構(gòu)中是已知的，其中由這樣的浮動(dòng)導(dǎo)體對波導(dǎo)或傳輸線的周期加載通常被認(rèn)為用來空間分離傳播的波中的電能和磁能。電能和磁能的這樣的分離導(dǎo)致所述結(jié)構(gòu)的增加的單位長度的電容C。按照關(guān)系式v=1/LC,]]>這樣的增加的單位長度的電容C又導(dǎo)致較小的相位速度v，從而在給定的信號(hào)頻率f下的較小的波長λ。
為了易于討論在設(shè)備60中Q增強(qiáng)和相位速度減小效應(yīng)，在圖5A和5B上表示用于各種部件的多個(gè)尺度和在部件之間的間隔，以及對于在設(shè)備中利用的材料的某些物理特性(例如介電常數(shù)ε和導(dǎo)磁率σ)。
例如，對于共面帶線100，沿平行于x軸36的方向的第一和第二導(dǎo)體100A和100B的每個(gè)導(dǎo)體的寬度68在圖5A上用符號(hào)W表示。同樣地，在第一和第二導(dǎo)體之間的間隔70或距離用符號(hào)S表示。因此，對于共面帶線100的總的寬度的尺寸在圖5A上用符號(hào)D表示，其中D＝2W+S。對于沿平行于y軸38的方向的第一和第二導(dǎo)體100A和100B的每個(gè)導(dǎo)體的厚度74在圖5A和5B上用符號(hào)tcps表示。最后，在設(shè)備60中沿平行于z軸34的方向的共面帶線100的總的長度96在圖5A和5B上用符號(hào)LCPS表示。
對于直線導(dǎo)電帶的陣列62，沿平行于x軸36的方向的每個(gè)帶的長度76在圖5A上用符號(hào)ls表示。同樣地，沿平行于z軸34的方向的每個(gè)帶的寬度78在圖5A和5B上用符號(hào)dA表示，而沿著這個(gè)方向在陣列的相鄰的帶之間的間隔80(如圖5A和5B所示)用符號(hào)dB表示。對于陣列62的每個(gè)帶沿平行于y軸的方向的厚度84在圖5A和5B上被表示為tstrip，而沿這個(gè)方向在第一平面64(共面帶線100位于其上)與第二平面66(陣列62位于其上)之間的距離82被表示為dS。
對于圖5A和5B所示的設(shè)備60的電介質(zhì)材料101和基片103，沿平行于y軸的方向、在第二平面66與基片103的上邊界之間的電介質(zhì)厚度或距離86在圖5A和5B上用符號(hào)ddie表示，以及電介質(zhì)材料的介電常數(shù)90用εdie表示。同樣地，沿平行于y軸的方向的基片厚度或距離88被表示為dsub，基片的介電常數(shù)92被表示為εsub以及基片的導(dǎo)電率94被表示為σsub。
通常，正如上面討論的，申請人看到和認(rèn)識(shí)到設(shè)備60的各種部件的特定的尺度、在部件之間的特定的間隔、和在設(shè)備中利用的材料類型的選擇不單確定其中設(shè)備能夠有效地載送信號(hào)的信號(hào)的頻率范圍，而且也確定設(shè)備中實(shí)現(xiàn)的Q增強(qiáng)和相位速度減小的程度。具體地，在仿真和實(shí)驗(yàn)過程中，建立了關(guān)于設(shè)備60的總的結(jié)構(gòu)的多種有用的推廣，更具體地，相對于Q增強(qiáng)和相位速度減小的一項(xiàng)或二者，陣列62的導(dǎo)電帶的長度ls、寬度dA和間隔dB。
例如，按照圖5A和5B的實(shí)施例的一個(gè)方面，通常，對于顯著的Q增強(qiáng)的有利的條件可以包括其中陣列的導(dǎo)電帶的長度ls與共面帶線100的總的寬度D近似相等的結(jié)構(gòu)。更具體地，在一個(gè)方面，在其中導(dǎo)電帶的長度ls略大于(例如，約大10％)共面帶線的總的寬度D的結(jié)構(gòu)中可以觀察到很大的Q增強(qiáng)。
在其它方面，對于很大的Q增強(qiáng)的有利的條件還可包括其中每個(gè)導(dǎo)電帶的寬度dA與在相鄰的導(dǎo)電帶之間的間隔dB二者當(dāng)中的至少一項(xiàng)大大地小于共面帶線的總的寬度D的結(jié)構(gòu)。更具體地，有利的Q增強(qiáng)結(jié)構(gòu)可包括其中找到以下的條件中的一個(gè)或多個(gè)條件的結(jié)構(gòu)寬度dA和間隔dB比起共面帶線的總的寬度至少小一個(gè)量級(jí)；導(dǎo)電線的寬度dA和在導(dǎo)電線之間的間隔dB比起共面帶線的總的寬度約小一個(gè)量級(jí)；以及寬度dA和間隔dB是近似相等的。
按照又一個(gè)方面，有利的Q增強(qiáng)結(jié)構(gòu)可包括其中找到以下的條件中的一個(gè)或多個(gè)條件的結(jié)構(gòu)每個(gè)導(dǎo)電帶的寬度dA和在相鄰的導(dǎo)電帶之間的間隔dB二者當(dāng)中的至少一項(xiàng)大大地小于共面帶線的總的長度LCPS；寬度dA和間隔dB比起共面帶線的總的長度LCPS至少小一個(gè)量級(jí)；導(dǎo)電線的寬度dA和在導(dǎo)電線之間的間隔dB比起共面帶線的總的長度LCPS約小一個(gè)量級(jí)；以及寬度dA和間隔dB是近似相等的。
圖6A、6B和6C是顯示對于以上討論的各種尺寸和間隔(例如，陣列62的導(dǎo)電帶的長度ls、每個(gè)導(dǎo)電帶的寬度dA、和在相鄰的導(dǎo)電帶之間的間隔dB)的各種各樣不同的數(shù)值的、對于圖5A和5B所示的設(shè)備60所仿真的品質(zhì)因數(shù)Q(曲線圖的垂直軸)對以GHz計(jì)的信號(hào)頻率(曲線圖的水平軸)的多個(gè)圖的三條曲線。應(yīng)當(dāng)看到，被仿真來提供圖6A、6B和6C的曲線的具體的結(jié)構(gòu)僅僅是示例性的，與本公開內(nèi)容有關(guān)的各種設(shè)備不限于仿真的例子。仿真的器件和由此生成的結(jié)果在這里主要是為了說明緊接在上面對于Q增強(qiáng)的示例性的有利條件所討論的某些概念而討論的。
在圖6A、6B和6C的曲線圖上反映的仿真中，圖5A和5B所示的設(shè)備60的基片103是具有250微米的厚度dsub、11.9的介電常數(shù)εsub和10西門子/米的導(dǎo)電率σsub的硅。電介質(zhì)材料101是具有5.155微米的厚度ddie和4.0的介電常數(shù)εdie的氧化硅。共面帶線100的導(dǎo)體100A和100B的每個(gè)導(dǎo)體的寬度W是80微米，以及在導(dǎo)體之間的間隔S是60微米，這樣，共面帶線的總的寬度D是220微米。每個(gè)導(dǎo)體100A和100B的厚度tcps是0.925微米，在共面帶線與陣列62之間的間隔ds是1.0微米以及每個(gè)導(dǎo)電帶的厚度tstrip是0.64微米。最后，仿真的設(shè)備的長度LCPS是400微米。
對于用于導(dǎo)致圖6A、6B和6C的曲線的所有的仿真的常數(shù)的上述的數(shù)值，陣列62的導(dǎo)電帶的長度ls、每個(gè)導(dǎo)電帶的寬度ds、和在相鄰的導(dǎo)電帶之間的間隔dB都分別被獨(dú)立地變化，以觀察它們對于設(shè)備的品質(zhì)因數(shù)Q的影響。下面的表1概述對于在得到圖6A、6B和6C的曲線的仿真中使用的這些參數(shù)的不同數(shù)值，并接著對于曲線進(jìn)行更詳細(xì)的討論。表1上參考的并在圖6A、6B和6C上顯示的每個(gè)曲線代表不同的仿真的設(shè)備。
表1圖6A顯示分別代表對于導(dǎo)電帶具有三個(gè)不同的長度ls同時(shí)寬度dA和間隔dB每個(gè)都不變地保持為5微米的設(shè)備的三條曲線150、152和154。具體地，曲線150反映240微米的長度ls(稍微長于共面帶線的寬度D)，曲線152反映400微米的長度ls(大大地長于共面帶線的寬度D)，和曲線154反映180微米的長度ls(小于共面帶線的寬度D)。
從圖6A的曲線可以容易地看到，在接近30GHz的頻率下，在其中長度約等于和稍微長于共面帶線的寬度D的仿真的設(shè)備中得到最高的、約65的品質(zhì)因數(shù)Q。然而，正如下面結(jié)合圖9A進(jìn)一步討論的，應(yīng)當(dāng)看到，圖6A中的每個(gè)仿真器件相對于基于使用相同的尺度和材料的共面帶線、但不帶有導(dǎo)電金屬帶的陣列62的設(shè)備，得到很大的Q增強(qiáng)。具體地，不帶有陣列62的這樣的器件的品質(zhì)因數(shù)Q在從約5-60GHz的頻率范圍中保持在小于10(見圖9A的曲線176)。因此，把陣列62加到這樣的設(shè)備(例如，如圖5A和5B所示)通常導(dǎo)致對于導(dǎo)電帶的各種各樣不同的長度ls在這個(gè)頻率范圍內(nèi)得到很大的Q增強(qiáng)。
圖6B顯示分別代表對于導(dǎo)電帶具有四個(gè)不同的寬度dA同時(shí)所述帶的長度ls不變地保持為240微米以及各帶之間的間隔dB不變地保持為5微米的設(shè)備的四條曲線156、158、160和162。具體地，曲線156反映5微米的寬度dA(即等于間隔dB)；因此，這個(gè)曲線等同于圖6A上顯示的曲線150。圖6B中的曲線158反映1微米的寬度dA(大大地小于間隔dB)，曲線160反映10微米的寬度dA(間隔dB的兩倍)，和曲線162反映20微米的寬度dA(大大地大于間隔dB)。
從圖6B的曲線可以容易地看到，在接近30GHz的頻率下，在其中寬度dA與間隔dB都是5微米(大大地小于共面帶線100的總的寬度D和長度LCPS)的仿真的設(shè)備中得到最高的、約65的品質(zhì)因數(shù)Q。然而，同樣應(yīng)當(dāng)看到，圖6B中的每個(gè)仿真器件，除了由曲線162代表的器件(其中寬度dA大大地大于間隔dB)以外，相對于基于使用相同尺寸和材料的共面帶線、但不帶有導(dǎo)電金屬帶的陣列62的設(shè)備(見圖9A的曲線176)，得到很大的Q增強(qiáng)(Q＞10)。在圖6B的曲線162的情形下，相對于間隔dB而言大得多的寬度dA可以使得導(dǎo)電帶開始類似于在共面帶線的下面的導(dǎo)電板而不是陣列，因此削弱陣列62對于減小設(shè)備中的損耗和增強(qiáng)品質(zhì)因數(shù)Q的作用。
圖6C顯示分別代表在相鄰的導(dǎo)電帶之間具有四個(gè)不同的間隔dB同時(shí)所述帶的長度ls不變地保持為240微米并且每個(gè)帶的寬度dA不變地保持為5微米的設(shè)備的四條曲線164、166、168和170。具體地，曲線164反映5微米的間隔dB(即等于寬度dA)，曲線166反映10微米的間隔dB(寬度dA的兩倍)，曲線168反映20微米的間隔dB(大大地大于寬度dA)，和曲線170反映0.5微米的寬度dB(大大地小于寬度dA)。
應(yīng)當(dāng)看到，圖6C的曲線164等同于圖6B的曲線156和圖6A的曲線150，即寬度dA與間隔dB都是5微米，對于這種情形在約30GHz的頻率下在圖6A和6B的仿真中得到最高的65的Q。然而，從圖6C的曲線166有趣地看到，在約30GHz的頻率下，在其中間隔dB是10微米而寬度dA是5微米的仿真設(shè)備中得到稍微更高的約70的品質(zhì)因數(shù)Q。另外，從曲線166值得指出的是，在約35GHz的頻率下，對于這個(gè)結(jié)構(gòu)，得到對于圖6C的仿真的75的最高的Q。
總之，在圖6C的仿真中，寬度dA和間隔dB的尺寸都大大地小于共面帶線100的總的寬度D和長度LCPS。另外，圖6C的每個(gè)仿真器件相對于基于使用相同尺寸和材料的共面帶線、但不帶有導(dǎo)電金屬帶的陣列62的設(shè)備(例如，見圖9A的曲線176)，得到很大的Q增強(qiáng)(Q＞10)。在圖6C的曲線170的情形下，從相對于間隔dB(0.5微米)大得多的寬度dA(5微米)得到的略微較小的Q增強(qiáng)同樣可能是由于導(dǎo)電帶開始類似于在共面帶線的下面的導(dǎo)電板而不是陣列，由此削弱陣列62對于減小設(shè)備中的損耗和增強(qiáng)品質(zhì)因數(shù)Q的作用。
圖7A、7B和7C是顯示分別相應(yīng)于圖6A、6B和6C的曲線圖所示的仿真的、“減慢因子”或相位速度減小(曲線圖的垂直軸)對以GHz計(jì)的信號(hào)頻率(曲線圖的水平軸)的三個(gè)曲線圖。具體地，圖7A的曲線150’、152’和154’相應(yīng)于與圖6A的曲線150、152和154相同的仿真條件(見表1)，而圖7B和7C具有與圖6B和6C的曲線的類似對應(yīng)性。在圖7A、7B和7C的曲線圖上以及正如在本文中的別處討論的那樣，“減慢因子”被定義為c/v，其中c代表空氣中的波速(例如，c=1/ϵoμo),]]>以及v代表在給定的基于共面帶線的仿真設(shè)備中的相位速度。
正如可以在圖7A、7B和7C的曲線圖上容易看到的，根據(jù)在表1給出的尺寸的所有的仿真設(shè)備呈現(xiàn)某種很大程度的相位速度減小。然而，有趣的是，表示圖7A、7B和7C的曲線圖上最大程度的相位速度減小的曲線(即曲線152’、156’和170’)在所有情形下不一定相應(yīng)于表示圖6A、6B和6C的曲線圖上的最大程度的Q增強(qiáng)的曲線(例如，比較圖6A的曲線150與圖7A的曲線150’)。因此，這些曲線圖顯示在設(shè)計(jì)按照本公開內(nèi)容的各種基于CPS的設(shè)備和對于特定應(yīng)用使設(shè)備“最佳化”時(shí)的相當(dāng)大的自由度。換句話說，按照本公開內(nèi)容的設(shè)備的各種部件的具體的尺寸至少可以部分地根據(jù)尺寸減小(這涉及到相位速度減小)和損耗(這涉及到品質(zhì)因數(shù)Q)在給定應(yīng)用中的各自的重要性來進(jìn)行選擇。
另外，應(yīng)當(dāng)看到，為了提供圖6A、6B、6C、7A、7B和7C的曲線圖而仿真的具體的結(jié)構(gòu)僅僅是示例性的，按照本公開內(nèi)容的各種設(shè)備不限于在這些例子中采用的具體的材料和尺寸。然而，總而言之，這些仿真總的表明在按照本發(fā)明的各種實(shí)施例的基于共面帶線的設(shè)備中可以實(shí)現(xiàn)很大的Q增強(qiáng)和相位速度減小。這些仿真也提供對于其中可以觀察到Q增強(qiáng)和相位速度減小的這樣的設(shè)備的結(jié)構(gòu)的值得注意的指南。
圖8是按照本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施例的、設(shè)備60A的截面圖(類似于圖5B的截面圖)。在圖8上，設(shè)備60A包括基本上是直線導(dǎo)電帶的兩個(gè)陣列62A和62B，其中一個(gè)陣列62A被布置在第二平面66上，而另一個(gè)陣列62B被布置在基本上平行于第一平面64和第二平面66的第三平面67上。按照圖8所示的實(shí)施例的一個(gè)方面，陣列62A和62B的導(dǎo)電帶以交替的方式排列，以使得第一、第二和第三平面的法線不同時(shí)穿過陣列62A的導(dǎo)電帶和陣列62B的導(dǎo)電帶。在圖8的設(shè)備60A中采用的多個(gè)陣列62A和62B通常比起在圖5A和5B所示的設(shè)備60A實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的相位速度減小，同時(shí)與不帶有任何導(dǎo)電帶陣列的、基于共面帶線的設(shè)備相比較保持相當(dāng)大程度的Q增強(qiáng)。
圖9A和9B分別顯示品質(zhì)因數(shù)Q對頻率和減慢因子或相位速度減小對頻率的兩個(gè)曲線圖，其中比較基于圖8的多陣列設(shè)備60A、圖5A和5B的單陣列設(shè)備60和不帶有任何導(dǎo)電帶陣列的相同尺寸的共面帶線設(shè)備(見圖3A和3B)的仿真結(jié)果相位速。具體地，在圖9A上，曲線172代表對于單陣列設(shè)備60的Q對頻率的仿真結(jié)果；曲線174代表對于多陣列設(shè)備60A的Q對頻率的仿真結(jié)果；曲線176代表對于不帶有任何導(dǎo)電帶陣列的共面帶線設(shè)備的Q對頻率的仿真結(jié)果。在圖9B上，曲線172’代表對于單陣列設(shè)備60的減慢因子對頻率的仿真結(jié)果；曲線174’代表對于多陣列設(shè)備60A的減慢因子對頻率的仿真結(jié)果；曲線176’代表對于不帶有任何導(dǎo)電帶陣列的共面帶線設(shè)備的減慢因子對頻率的仿真結(jié)果。
在圖9A和9B上，在所有的仿真設(shè)備上采用硅基片和氧化硅電介質(zhì)材料，其材料參數(shù)(εdie、εsub、σsub)和基片厚度dsub與以上結(jié)合在圖6A、6B和6C上表示的仿真所討論的那些參數(shù)相同。另外，共面帶線尺寸W、S、D、LCPS和tcps是以上結(jié)合圖6A、6B和6C討論的那些參數(shù)相同。對于圖9A和9B的單陣列和多陣列設(shè)備仿真，每個(gè)導(dǎo)電帶的長度ls是240微米，每個(gè)帶的寬度dA是5微米，在同一個(gè)陣列的相鄰帶之間的間隔dB是5微米，以及每個(gè)導(dǎo)電帶的厚度tstrip是0.64微米。對于多陣列設(shè)備，參考圖8，在第一和第二平面之間以及在第二和第三平面之間的距離ds是1.0微米，在第三平面67與基片103的邊界之間的電介質(zhì)厚度ddie是3.515微米。
正如在圖9A容易看到的，雖然如曲線174表示，多陣列設(shè)備沒有達(dá)到與單陣列設(shè)備(由曲線圖172表示)一樣高的品質(zhì)因數(shù)Q，但多陣列和單陣列設(shè)備與如曲線176表示的、不帶有任何陣列的基于共面帶線的設(shè)備相比較，得到很大程度的Q增強(qiáng)。更具體地，曲線176(基本上代表在硅基片上的共面帶線)對于在約5GHz和60GHz之間的大多數(shù)頻率范圍保持大大地低于10的Q，而曲線172和174對于這個(gè)頻率范圍的大多數(shù)頻率保持大大高于10的Q。
在圖9B上容易看到，如曲線174’代表的多陣列設(shè)備比起由曲線172’代表的單陣列設(shè)備得到高得多的減慢因子或相位速度減小。然而，單陣列和多陣列設(shè)備與如曲線176’表示的、不帶有任何陣列的基于共面帶線的設(shè)備相比較，得到很大的相位速度減小。
在再一個(gè)實(shí)施例中，多陣列的導(dǎo)電帶的不同數(shù)目和安排可以連同共面帶線一起被利用來實(shí)現(xiàn)Q增強(qiáng)和相位速度減小的其中之一或二者。例如，圖10顯示采用三個(gè)陣列62A、62B和62C的基本上直線的導(dǎo)電帶的、按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的設(shè)備60B的截面圖(類似于圖5B和圖8的圖)。圖10的設(shè)備60B基本上類似于圖8所示的設(shè)備，除了在圖10上加上被布置在平行于第一平面64、第二平面66和第三平面67的第四平面69內(nèi)的陣列62C以外。圖11顯示采用兩個(gè)陣列62A和62D的導(dǎo)電帶的、按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的再一個(gè)設(shè)備60C的透視圖(類似于圖5A的圖)，其中陣列62A和62D被分別布置在共面帶線100的下方和上方。按照圖11的實(shí)施例的不同方面，陣列62A和62D的其中之一的各個(gè)導(dǎo)電帶可以與陣列62A和62D中的另一個(gè)陣列的相應(yīng)的導(dǎo)電帶垂直對準(zhǔn)地(即，沿y軸)排列，或替換地，所述陣列的各個(gè)帶可以以交替的方式排列(例如，類似于圖8和10所示的多陣列安排)。在又一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)陣列的導(dǎo)電帶可以以各種方式被安排在共面帶線100的上面和/或下面。
II.共面帶線駐波振蕩器在討論了與按照本公開內(nèi)容的、可以在各種各樣不同的器件中使用的共面帶線結(jié)構(gòu)有關(guān)的各種概念后，現(xiàn)在給出基于駐波振蕩器的、按照本發(fā)明的其它實(shí)施例的示例性共面帶線器件。應(yīng)當(dāng)看到，按照下面詳細(xì)地討論的不同的實(shí)施例，按照本發(fā)明的駐波振蕩器可以或不一定被配置成具有如以上在第一節(jié)中討論的一個(gè)或多個(gè)陣列的導(dǎo)電帶。
a.背景通信系統(tǒng)以及許多其它應(yīng)用的最基本的和普遍存在的構(gòu)建塊之一是振蕩器?；旧纤械耐ㄐ畔到y(tǒng)在某一時(shí)刻都需要參考振蕩器來實(shí)現(xiàn)各種各樣的與通信有關(guān)的功能。結(jié)果，在高頻領(lǐng)域中的振蕩器設(shè)計(jì)是令人感興趣的工作領(lǐng)域。具體地，當(dāng)系統(tǒng)頻率很大地增加時(shí)所需要考慮的電磁波效應(yīng)導(dǎo)致對各種基于傳輸線的高頻振蕩器設(shè)計(jì)的重大的興趣。
基于傳輸線實(shí)施方案的各種類型的振蕩器傳統(tǒng)上被利用來生成在GHz范圍中的高頻時(shí)鐘信號(hào)。許多這些傳統(tǒng)方法的最終目的是實(shí)際上生成方波時(shí)鐘信號(hào)，其可被全局地分布到不帶有重大的傳播延遲引起的相移的整個(gè)集成電路系統(tǒng)。更具體地，這些方法通常針對生成具有低時(shí)鐘偏移和低時(shí)鐘抖動(dòng)的全局時(shí)鐘信號(hào)，它可以以保留整個(gè)系統(tǒng)中事件的正確排序的方式在整個(gè)系統(tǒng)上傳播?；趥鬏斁€實(shí)施方案的行波振蕩器(TWO)和駐波振蕩器(SWO)已被利用于這樣的目的。
由于駐波的獨(dú)特的特性，駐波在本公開內(nèi)容方面是特別感興趣的。當(dāng)沿相反的方向行進(jìn)的、具有相同的幅度和頻率的兩個(gè)波互動(dòng)時(shí)，形成駐波。不像行波(其在沿傳輸線的給定的位置上具有隨時(shí)間變化的幅度和相位)，駐波在沿傳輸線的給定的位置上具有恒定的幅度和相位，其中幅度隨沿線的位置正弦地變化。生成電壓駐波的一種通常的方法是發(fā)送一個(gè)入射波到傳輸線，并且從諸如短路的無損端接把波反射回來。然而，來自傳輸線導(dǎo)體本身的損耗(例如，由于R的“串聯(lián)”損耗和由于G的“并聯(lián)”損耗)典型地造成在入射波與反射波之間的幅度不匹配，導(dǎo)致殘余行波，它使得駐波失真。因此，為了有效地實(shí)施自保持的駐波振蕩器，必須利用某種類型的補(bǔ)償方案(即，放大)來克服在傳輸線中固有的損耗。
使用共面帶線的駐波振蕩器的一個(gè)傳統(tǒng)的實(shí)施方案顯示于圖12。在圖12上，具有導(dǎo)體100A和100B的共面帶線100(類似于圖3A和3B所示的共面帶線)被配置成通過短路共面帶線的長度的兩端而在共面帶線的兩端處強(qiáng)迫一個(gè)電壓駐波節(jié)點(diǎn)(即，在導(dǎo)體100A和100B之間的零電位)，從而形成半波(λ/2)諧振器200。理論上，諧振器200支持具有與λ有關(guān)的頻率的至少一個(gè)駐波，其中波的幅度沿諧振器的長度變化，如圖12的底部示意地顯示的那樣。
在圖12的振蕩器結(jié)構(gòu)中，共面帶線導(dǎo)體損耗對信號(hào)幅度的影響通過提供沿諧振器的長度間隔開的分布式放大器(即跨導(dǎo)器)以提供分布式跨導(dǎo)而被補(bǔ)償。具體地，圖12顯示由三個(gè)各自的電流源106A、106B和106C供電的多個(gè)NMOS交叉耦合的對跨導(dǎo)器104A、104B和104C。這些跨導(dǎo)器當(dāng)中的每個(gè)跨導(dǎo)器在沿共面帶線的不同的位置處被耦合到共面帶線100的導(dǎo)體100A和100B。多個(gè)PMOS二極管連接的負(fù)載108A、108B和108C也被耦合到共面帶線100，以建立在導(dǎo)體100A和100B之間的共模電壓。
值得注意的是，在圖12的結(jié)構(gòu)中，跨導(dǎo)器104A、104B和104C被配置成具有相同的增益。給定的跨導(dǎo)器的增益和由與跨導(dǎo)器有關(guān)的電流源(電流源106A、106B和106C之一)提供的電流乘以組成跨導(dǎo)器的晶體管的寬度相關(guān)(即，晶體管增益隨寬度和/或電流增加而增加)。在圖12所示的振蕩器結(jié)構(gòu)中，一個(gè)交叉耦合對的每個(gè)晶體管具有相同的寬度，以及每個(gè)跨導(dǎo)器被提供以相同的電流；因此，跨導(dǎo)器都具有相同的增益。使用多個(gè)具有相同增益的跨導(dǎo)器來補(bǔ)償共面帶線上的導(dǎo)體損耗，允許作出用于這樣的共面帶線的等價(jià)的集中參數(shù)模型，它易于相對直接地確定對于支持在給定頻率下的振蕩所需要的諧振器參數(shù)。
然而，在圖12的結(jié)構(gòu)中由于采用具有相同增益的多個(gè)跨導(dǎo)器而引起的一個(gè)問題是，可論證地，由于過放大而浪費(fèi)很大量能量。更具體地，再次參考在圖12的底部的波形圖，應(yīng)當(dāng)容易看到，對于所顯示的波模式，靠近諧振器結(jié)構(gòu)的中心的波的幅度具有最大值，并且隨著向諧振器的任一端遠(yuǎn)離該中心而穩(wěn)定地減小。因此，為了支持所顯示的模式，跨導(dǎo)器104A和104C被配置成具有與位于諧振器中心處的跨導(dǎo)器104B具有相同的增益，它們可論證地被配置成比必須的更大的放大；具體地，這些跨導(dǎo)器利用比起必須的更多的電流，由此浪費(fèi)寶貴的功率資源。
由圖12的振蕩器結(jié)構(gòu)引起的另一個(gè)問題是，諧振器不利用任何模式控制機(jī)制(例如，抑制更高階模式)。結(jié)果，該結(jié)構(gòu)具有激勵(lì)強(qiáng)的高頻模式的趨勢。在這種結(jié)構(gòu)中，模式控制的缺乏將最終惡化所生成的正弦信號(hào)的質(zhì)量，因?yàn)槎鄠€(gè)較高的頻率模式的存在使得基波諧振頻率下的正弦波形失真。
例如，沿圖12所示的諧振器結(jié)構(gòu)的長度均勻分布的相等增益放大器理論上可支持如圖12所示的λ/2下的模式，以及其它奇次諧波，諸如λ、(3/2)λ、(5/2)λ、3λ等等；具體地，每個(gè)放大器能夠作為一個(gè)能夠支持更高頻率模式的電開路節(jié)點(diǎn)工作。這樣，圖12的諧振器對于正弦波形生成沒有被最佳化。這個(gè)條件對于許多應(yīng)用是非常不希望的。然而，應(yīng)當(dāng)指出，由于圖12所示的諧振器的最終使用是用于一個(gè)基本上的方波時(shí)鐘生成器，因此某些更高階模式的存在可能不會(huì)顯著影響諧振器在生成這樣的時(shí)鐘信號(hào)方面的總的性能。
申請人看到和認(rèn)識(shí)到傳統(tǒng)的基于共面帶線實(shí)施方案的駐波振蕩器(SWO)可被修改和改進(jìn)來生成高質(zhì)量的高頻正弦信號(hào)。由本公開內(nèi)容考慮的SWO生成的正弦信號(hào)的一般頻率范圍包括從約1GHz到100GHz的頻率，但是應(yīng)當(dāng)看到，本公開內(nèi)容不限于這一方面。按照下面進(jìn)一步討論的本發(fā)明的各種實(shí)施例，單模SWO可以特別被配置成在這些示例性頻率范圍內(nèi)以低功率耗散和低相位噪聲生成正弦信號(hào)。對于這樣的振蕩器的多個(gè)預(yù)期的應(yīng)用包括但不限于包括無線通信的通信系統(tǒng)、雷達(dá)、用于各種應(yīng)用的鎖相環(huán)(PLL)等等。
b.四分之一波長共面帶線駐波振蕩器圖13A和13B顯示作為按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的共面帶線駐波振蕩器的基礎(chǔ)的某些基本概念。具體地，圖13A顯示一個(gè)基本上四分之一波長(λ/4)共面帶線SWO 300，它包括形成差分共面帶線(即，類似于圖3A和3B的共面帶線100)的導(dǎo)體300A和300B。SWO 300由長度為L的共面帶線(標(biāo)號(hào)301)形成，該共面帶線的一端由短路(Short)302端接，以及線的另一端被由用作放大器304的一對交叉耦合反相器端接。在本實(shí)施例的另一方面，放大器304可以通過由電流源驅(qū)動(dòng)的NMOS交叉耦合的跨導(dǎo)器對以類似于圖12所示的方式被實(shí)施(為了清晰起見，在圖13A上沒有明顯顯示NMOS晶體管和電流源，而是由交叉耦合反相器示意地代表)。這樣的放大器形成有源正反饋網(wǎng)絡(luò)，其把DC能量變換成RF能量并且把這個(gè)能量注入到電路，以補(bǔ)償與共面帶線有關(guān)的損耗。
圖13A所示的SWO 300被配置成支持在共面帶線的兩個(gè)末端處滿足邊界條件的駐波，即在共面帶線的放大器端處具有最大電壓幅度擺動(dòng)和在線的短路端處具有零電壓節(jié)點(diǎn)。因此，基于長度L的共面帶線的可能的激勵(lì)模式理論上相應(yīng)于L＝λ/4+n(λ/2)(對于n＝0，1，2，3...)。在實(shí)際的實(shí)施方案中，出于下面進(jìn)一步討論的任何的各種各樣原因，支持激勵(lì)模式的實(shí)際的長度L可以稍微不同于理論長度。振蕩的基波頻率f0相應(yīng)于n＝0，即f0＝v/(4L)，其中v是由包圍和構(gòu)成共面帶線的材料確定的波的相位速度。
圖13B示意地顯示對于由SWO 300支持的基波模式沿SWO 300的長度的電壓和電流波形，在圖上分別被表示為V(z)和I(z)。圖13B的曲線圖被顯示為沿著相應(yīng)于SWO的長度的z軸，其中z＝0相應(yīng)于放大器304的位置，z＝L相應(yīng)于短路端的位置。從圖13可以容易地看到，雖然電壓幅度擺動(dòng)V(z)在圖上的左面是最大值(z＝0)，并且向右移動(dòng)到短路端(z＝L)時(shí)減小到零，但電流I(z)以相反的方式變化；即電流在圖上的左面是最小值，并且向右移動(dòng)時(shí)增加，在共面帶線的短路端處是最大值。按照本實(shí)施例的一個(gè)方面，SWO的輸出可以在放大器304上導(dǎo)出(即，最大電壓幅度擺動(dòng)的點(diǎn))，其中該輸出被適當(dāng)緩存，以減小SWO上的任何負(fù)荷。
c.具有分布式/定制的增益單元的駐波振蕩器基于圖13A所示的(λ/4)共面帶線SWO 300的、本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例被顯示于圖14A，它涉及到分布式放大。然而，應(yīng)當(dāng)看到，結(jié)合本實(shí)施例討論的概念可以以正如這里討論的、按照本發(fā)明的各種各樣的其它SWO結(jié)構(gòu)被實(shí)施。因此，緊接在下面討論的、與四分之一波長SWO有關(guān)的具體的例子主要被提供來用于說明的目的。
為了便于解釋本實(shí)施例，圖13B所示的電壓波形被重現(xiàn)于圖14B。在圖14A的實(shí)施例中，多個(gè)放大器或“增益單元”304A，304B，304C，...304D沿共面帶線的長度布置。雖然圖14A明確地顯示四個(gè)這樣的放大器，但應(yīng)當(dāng)看到，本發(fā)明不限于這一方面，因?yàn)樵诎凑毡景l(fā)明的SWO中可以利用不同數(shù)目的放大器。另外，雖然放大器在圖14上被示意地表示為沿共面帶線等間隔地放置，但本發(fā)明不限于這一方面，因?yàn)橛糜诜糯笃鞯母鞣N各樣的位置按照不同的實(shí)施例是可能的。一般來說，應(yīng)當(dāng)看到，按照本發(fā)明的各種實(shí)施例的放大器的數(shù)目和放置以及放大器的對應(yīng)增益，可以至少部分依賴于由振蕩器激勵(lì)的一個(gè)或多個(gè)想要的模式，正如下面進(jìn)一步討論的那樣。
例如，按照如圖14A所示的實(shí)施例的一個(gè)方面，在放大器的各個(gè)增益之間的關(guān)系可被定制成近似為在沿共面帶線的、在其上布置放大器的不同位置處的想要的駐波模式的預(yù)期電壓幅度之間的關(guān)系。例如，參照圖14B，由于所顯示的駐波模式的電壓幅度沿共面帶線的長度從左到右減小，因此放大器的各個(gè)增益G1，G2，G3...Gn也沿共面帶線從左到右減小(即，從z＝0到z＝L)。這樣，在本例中，放大器的增益是“依賴于幅度”的。
在圖14A所示的實(shí)施例中，得到分布式放大的某些熟知的好處(例如，增加的頻率響應(yīng))，同時(shí)通過定制各放大器的增益而節(jié)省寶貴的功率資源?；叵肫鹪趫D12所示的傳統(tǒng)的SWO實(shí)施方案中，多個(gè)分布式放大器被配置成具有相同的增益，而不管在放大器布置位置處的不同的電壓幅度；因此，在這個(gè)傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)中，由于過放大，可論證地浪費(fèi)相當(dāng)大的能量。相反，按照本發(fā)明的、使用定制增益的放大器的圖14A的SWO實(shí)施方案比起使用多個(gè)相同增益的放大器的類似的實(shí)施方案來說，需要較小的總的運(yùn)行電流，由此節(jié)省寶貴的功率資源。
而且，圖14A所示的實(shí)施例的多個(gè)定制增益的放大器另外用作為模式控制機(jī)制，以確?；旧显趩文Ｊ较碌恼袷?例如相應(yīng)于λ/4)。另外，這與使用如圖12所示的多個(gè)相同增益的放大器的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相反，后者在理論上可以支持多個(gè)其它模式，由此惡化由振蕩器生成的信號(hào)的正弦質(zhì)量。
為了比較和對照圖13A(一個(gè)集中參數(shù)放大器)與圖14A(分布式放大器)的實(shí)施例，分析了利用具有約1500微米的長度的共面帶線的這些SWO的示例性實(shí)施方式。在相應(yīng)于圖14A的示例性實(shí)施方式中，沿共面帶線使用被放置在z＝0、z＝L/4、z＝L/2和z＝3L/4處的相等間隔處的四個(gè)放大器。回想起如以上討論的那樣，給定放大器的增益正比于晶體管尺寸與所抽取的電流的乘積的平方根。在放大器中使用的所有的晶體管具有0.18微米的長度。確定放大器增益的晶體管寬度與由每個(gè)放大器抽取的電流，分別為如下
在這個(gè)實(shí)施方案中，SWO以12.19GHz振蕩，其具有在z＝0處的2.09伏的最大電壓幅度。
在相應(yīng)于圖13A的示例性實(shí)施方案中，單個(gè)放大器304的增益被選擇為等于在相應(yīng)于圖14A的實(shí)施方案中使用的分布式放大器的總的集中參數(shù)增益。更具體地，放大器304的各晶體管的長度同樣是0.18微米，以及晶體管寬度被給出為22.5[1+sin(3π/8)+sin(π/4)+sin(π/8)]微米。類似地，由放大器傳導(dǎo)的總的電流是12[1+sin(3π/8)+sin(π/4)+sin(π/8)]毫安。這個(gè)SWO以9.76GHz振蕩，其具有在z＝0處的2.27伏的最大電壓幅度。因此，雖然基于圖13A的示例性集中參數(shù)放大器SWO達(dá)到更高的幅度，但基于圖14A的示例性分布式放大器SWO達(dá)到明顯更高的工作頻率。
e.利用變尖的共面帶線的駐波振蕩器圖15A顯示按照本發(fā)明的(λ/4)共面帶線SWO 500的另一個(gè)實(shí)施例，其中該SWO是基于具有依賴于位置的線參數(shù)的變尖的共面帶線結(jié)構(gòu)。為了便于說明利用變尖的結(jié)構(gòu)的SWO 500的、圖15所示的實(shí)施例，在圖15B上重現(xiàn)對于(λ/4)共面帶線SWO的、在圖13B上顯示的電壓和電流。然而，應(yīng)當(dāng)看到，結(jié)合本實(shí)施例討論的概念可以以正如這里討論的、按照本發(fā)明的各種其它SWO結(jié)構(gòu)被實(shí)施。因此，涉及到基本上四分之一波長SWO的、緊接在下面討論的具體的例子主要被提供來用于說明的目的。另外，正如下面討論的那樣，應(yīng)當(dāng)看到，按照本發(fā)明的變尖的共面帶線結(jié)構(gòu)不限于在SWO中使用的應(yīng)用，而是可以在其它基于CPS的器件中采用。
1.具有依賴于位置的參數(shù)的共面帶線本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例針對被配置成使得單位長度電阻R與單位長度電導(dǎo)G是沿共面帶線的位置的離散或連續(xù)函數(shù)(即，R(z)和G(z))的共面帶線。在本實(shí)施例的一個(gè)方面，該共面帶線可被進(jìn)一步配置成不管R和G的變化，基本上保持均勻的特性阻抗，以避免局部反射。
在本實(shí)施例的一個(gè)示例性實(shí)施方案中，例如在圖15A上顯示的SWO500所示的那樣，利用變尖的共面帶線結(jié)構(gòu)，其中在共面帶線導(dǎo)體500A與500B之間的間隔504和/或每個(gè)導(dǎo)體500A與500B的寬度502作為沿共面帶線的位置z的函數(shù)離散地或連續(xù)地變化。圖15A是變尖的結(jié)構(gòu)500的頂視圖(類似于圖3B的視圖)，其中在圖15A上的間隔504相應(yīng)地用符號(hào)S(z)表示，以及寬度502相應(yīng)地用符號(hào)W(z)表示。在其它方面，變尖的結(jié)構(gòu)500可以類似于在圖3A的截面圖上顯示的結(jié)構(gòu)；即，導(dǎo)體500A和500B可被布置在基片上面的電介質(zhì)材料上。在圖15A上導(dǎo)體500A和500B的變尖的結(jié)構(gòu)實(shí)際上改變沿共面帶線的長度的共面帶線參數(shù)R和G從而使得它們是依賴于位置的，而同時(shí)保持共面帶線的均勻的特性阻抗。
具體地，單位長度電阻R總的涉及到熟知的趨膚效應(yīng)，其中在較高的頻率下，載荷子更接近于邊緣行進(jìn)，并且遠(yuǎn)離給定導(dǎo)體的核心。當(dāng)組成共面帶線的兩個(gè)導(dǎo)體互相更靠近時(shí)(即，當(dāng)距離S減小和/或?qū)w寬度W增加時(shí))，靠近導(dǎo)體的邊緣或“皮膚”流動(dòng)的各個(gè)電荷互相更靠近在一起，由此阻礙電荷流動(dòng)。因此，當(dāng)導(dǎo)體互相更靠近時(shí)，通常單位長度電阻R增加。
單位長度電導(dǎo)G總的涉及在導(dǎo)體與其上布置共面帶線的基片之間的電磁場損耗。再次具體地參照圖3A所示的共面帶線截面，當(dāng)共面帶線的導(dǎo)體移動(dòng)成互相遠(yuǎn)離時(shí)(即，當(dāng)距離S增加和/或?qū)w寬度W減小時(shí))，由于流過導(dǎo)體的電流而產(chǎn)生的場有更多的機(jī)會(huì)與其上布置共面帶線的基片相互作用；因此，單位長度電導(dǎo)G增加。相反，當(dāng)導(dǎo)體互相更靠近時(shí)(即，當(dāng)距離S減小和/或?qū)w寬度W增加時(shí))，到基片的損耗通常減小，因此單位長度電導(dǎo)G減小。
總之，從以上內(nèi)容應(yīng)當(dāng)看到，在以上的例子中的共面帶線參數(shù)R和G通常與導(dǎo)體分離度相反地變化；即當(dāng)導(dǎo)體互相更靠近時(shí)，R增加而G減?。幌喾?，當(dāng)導(dǎo)體分離更大的距離時(shí)，R減小而G增加。
2.用于SWO的依賴于位置的參數(shù)的推論對于在共面帶線上的信號(hào)傳播，通常R可被看作為與電流波相耦合，而G可被看作為與電壓波相耦合，以便引入各自的串聯(lián)和并聯(lián)損耗；因此，較小的R相應(yīng)于較小的串聯(lián)損耗，以及較小的G相應(yīng)于較小的并聯(lián)損耗。在串聯(lián)損耗R與并聯(lián)損耗G之間的這種折衷，由于它們隨導(dǎo)體分離度的相反的變化，可以對于在載送行波的共面帶線中的損耗最小化施加主要的約束條件。然而，當(dāng)共面帶線上呈現(xiàn)駐波時(shí)，如圖15B所示，可以經(jīng)由圖15A所示的變尖結(jié)構(gòu)500來利用R-G折衷，以便利用依賴于位置的駐波幅度，以便大大地減小損耗(并相應(yīng)地增強(qiáng)最終得到的器件的品質(zhì)因數(shù)Q)。
例如，從圖15B可以看到，在z＝0處，其中圖15A的SWO 500的電壓幅度擺動(dòng)是最大值，較低的單位長度電導(dǎo)G導(dǎo)致較小的到基片的功率損耗，因?yàn)榈交墓β蕮p耗正比于電壓(在z＝0處相對較高的)的平方乘以單位長度電導(dǎo)。因此，即使在這個(gè)點(diǎn)處具有相對較高的電壓，通過具有低的單位長度電導(dǎo)G的共面帶線結(jié)構(gòu)，到基片的損耗仍可被減小。另一方面，在z＝0處，圖15B顯示在共面帶線的導(dǎo)體中流過的電流處在最小值；因此，由于共面帶線導(dǎo)體(即，由于單位長度電阻R)造成的任何功率損耗不太成問題，因?yàn)檫@個(gè)功率損耗正比于電流(在z＝0處相對較低)的平方乘以單位長度電阻。因此，即使在這個(gè)點(diǎn)處R是高的，由于低的電流，它仍舊不一定引起很大的損耗。
相反的情形適合于z＝L(即，在圖15A上顯示的共面帶線的短路端)。具體地，如圖15B所示，在這個(gè)點(diǎn)，電壓是零，而電流處在最大值。因此，在共面帶線的這個(gè)點(diǎn)處具有很大的單位長度電阻R將導(dǎo)致由于高的電流而造成的大的損耗，而單位長度電導(dǎo)G由于低的電壓是不太成問題的(即，零電壓節(jié)點(diǎn))。
鑒于上述的內(nèi)容，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例針對包括具有變化的單位長度電阻R(z)和變化的單位長度電導(dǎo)G(z)的共面帶線的四分之一波長SWO，其中低的單位長度電導(dǎo)(低G)的區(qū)域被放置在其中預(yù)期最大電壓幅度的點(diǎn)z＝0，以便減小到基片的功率耗散。另外，SWO被配置成使得低的單位長度電阻(低R)的區(qū)域被放置在其中預(yù)期最大電流的點(diǎn)z＝L。圖15A的SWO 500提供這樣的安排的一個(gè)例子。一般地，按照本實(shí)施例，由駐波造成的、依賴于位置的電壓和電流幅度易于通過根據(jù)固定的位置幅度適當(dāng)?shù)囟ㄖ茀?shù)R和G來減小器件損耗(和相應(yīng)的Q增強(qiáng))。
在本實(shí)施例(以及其它實(shí)施例)中利用的變尖的共面帶線結(jié)構(gòu)可以以許多不同的方法被實(shí)施。例如，按照一個(gè)方面，共面帶線的總長度可被分成離散數(shù)目的相等長度或變化長度的各分段，每個(gè)分段具有不同的R和G，其中L和C保持為常數(shù)，以保持基本上均勻的特性阻抗，從而有效地避免局部反射。替換地，共面帶線結(jié)構(gòu)可以被實(shí)施為具有逐漸變尖的導(dǎo)體間隔和寬度，以使得R和G隨沿共面帶線的位置逐漸變化，同時(shí)保持基本上均勻的特性阻抗。
圖16包括顯示按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的、用于沿帶線改變R和G而不很大地改變帶線的特性阻抗Z0的方法的曲線圖和相應(yīng)的示例性變尖的共面帶線結(jié)構(gòu)505。按照本實(shí)施例的一個(gè)方面，圖16的曲線圖可以從通過基于改變帶線導(dǎo)體的寬度W和沿帶線長度的、在帶線導(dǎo)體之間的間隔S的計(jì)算機(jī)仿真(例如，Sonnet EM)得到的數(shù)據(jù)而被編輯。因此，圖16的曲線圖的水平軸代表寬度W，曲線圖的垂直軸代表帶線導(dǎo)體之間的間隔S。
圖16的曲線圖包括三個(gè)示例的“恒定的特性阻抗輪廓線”Z0，1、Z0，2和Z0，3的曲線；具體地，每個(gè)這些輪廓線代表用于改變W和S的數(shù)值的一個(gè)不同的恒定的特性阻抗，其中Z0，3＞Z0，2＞Z0，1。圖16還包括三個(gè)示例的“損耗輪廓線”(R1，G1)、(R2，G2)和(R3，G3)的曲線，其中每個(gè)損耗輪廓線反映用于改變W和S數(shù)值的對于R的恒定數(shù)值和對于G的相應(yīng)恒定數(shù)值。雖然圖16的曲線圖把每個(gè)損耗輪廓線表示為代表R和G的相同的恒定數(shù)值的單線，但實(shí)際上沿給定的損耗輪廓線的R和G的各個(gè)值是不相同的，不過無論如何是互相相當(dāng)接近的。因此，在圖16的曲線圖上，假設(shè)對于每個(gè)損耗輪廓線的R和G的數(shù)值實(shí)際上是相同的，這是出于實(shí)際設(shè)計(jì)目的的合理的近似。
如圖16所示，由于以上討論的R-G折衷，增加W或S導(dǎo)致減小的R和增加的G(即，R3＞R2＞R1＞和G3＜G2＜G1)。然而，特性阻抗Z0隨增加S而增加，但隨增加W而減小。因此，為了達(dá)到在接近于z＝0處的低的G和在z＝L處的低的R以便減小損耗而不很大地影響Z0，按照圖16所示的一個(gè)Z0輪廓線，共面帶線導(dǎo)體從z＝0到z＝L可以同時(shí)被加寬以及互相遠(yuǎn)離。
為了說明上述的概念，從圖16的曲線圖的、具有基本上恒定的特性阻抗Z0，2的變尖的共面帶線結(jié)構(gòu)被看作為一個(gè)例子。應(yīng)當(dāng)看到，這個(gè)例子的基礎(chǔ)方法正如下面討論的那樣可以類似地被應(yīng)用于代表用于最終得到的器件的想要的特性阻抗的其它特性阻抗輪廓線。
具體地，參照圖16上的恒定的特性阻抗輪廓線Z0，2，三個(gè)點(diǎn)A、B和C沿Z0，2輪廓線被標(biāo)識(shí)在這個(gè)輪廓線與損耗輪廓線(R3，G3)、(R2，G2)和(R1，G1)的對應(yīng)交叉點(diǎn)處。正如在圖16的例子中顯示的那樣，相應(yīng)于點(diǎn)A(即高的R，低的G)的尺寸WA和SA被使用于變尖的帶線505圍繞z＝0的部分，相應(yīng)于點(diǎn)B的尺寸WB和SB被使用于圍繞帶線的中部的部分，以及相應(yīng)于點(diǎn)C(即低的R，高的G)的尺寸WC和SC被使用于圍繞z＝L的帶線部分。
雖然上述的例子利用沿特性阻抗輪廓線Z0，2的三個(gè)參考點(diǎn)A、B和C來確定沿變尖的共面帶線結(jié)構(gòu)505的相應(yīng)的尺寸，但是應(yīng)當(dāng)看到，本發(fā)明不限于這一方面；即沿給定的特性阻抗輪廓線的任何數(shù)目的點(diǎn)理論上都可被使用來確定沿變尖的共面帶線的相應(yīng)的尺寸。具體地，隨著所述點(diǎn)的數(shù)目增加，最終得到的變尖的共面帶線越來越像其中R和G基本上是沿帶線的位置z的連續(xù)函數(shù)的共面帶線。然而，應(yīng)當(dāng)看到，對于實(shí)際上沿給定的阻抗輪廓線的任何有限數(shù)目的點(diǎn)，逐段變尖的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致R和G沿帶線離散地(即，以逐段的方式)變化。
圖17進(jìn)一步顯示這樣的逐段變化的概念。具體地，圖17包括顯示代表恒定的特性阻抗Z0的示例性阻抗輪廓線的曲線的W-S空間內(nèi)的曲線圖(應(yīng)當(dāng)指出，在圖17的曲線圖上的W-S軸從圖16的軸被交換)。五個(gè)點(diǎn)(1，2，3，4和5)沿這個(gè)輪廓線被選擇，相應(yīng)于對于逐段變尖的共面帶線結(jié)構(gòu)505的五個(gè)不同部分或分段的各個(gè)W和S尺寸，其被直接顯示在圖17的曲線圖下面(在圖17上表示對分段5的示例的尺寸W5和S5)。雖然在圖17的例子中選擇五個(gè)點(diǎn)，但還應(yīng)當(dāng)看到，在其它的實(shí)施例中可以選擇不同數(shù)目的點(diǎn)。正如在圖17上定性地顯示的那樣，沿逐段變尖的共面帶線的每個(gè)分段1-5的z軸的長度可以或不一定與該帶線的一個(gè)或多個(gè)其它分段相同；具體地，按照各種實(shí)施例，相對于變尖的共面帶線的每個(gè)分段1-5的最佳分配可以通過數(shù)學(xué)程序被確定(下面詳細(xì)地討論)，以及可選地通過實(shí)驗(yàn)確定來調(diào)節(jié)。
更具體地，在圖16和17所示的逐段變尖的結(jié)構(gòu)的某些實(shí)施例中，損耗因素可以支配在逐段結(jié)構(gòu)中每個(gè)分段的特定的對應(yīng)長度和位置。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，為了使得變尖的結(jié)構(gòu)的總的損耗最小化，每個(gè)分段可被放置在給定的位置z，在給出該位置處的駐波電壓和電流幅度的情況下，這將產(chǎn)生在z處的最小局部損耗。
然而，由于在z域中的駐波幅度(即，V(z)和I(z))取決于變尖的共面帶線結(jié)構(gòu)本身(因此在構(gòu)建帶線之前是未知的)，從z域的觀點(diǎn)看來，損耗最佳化的變尖的帶線的設(shè)計(jì)和構(gòu)建通常多多少少是富有挑戰(zhàn)性的，需要費(fèi)時(shí)的和或許代價(jià)高的迭代方法。鑒于上述的內(nèi)容，申請人看到和認(rèn)識(shí)到，可以通過從θ域的觀點(diǎn)考慮設(shè)計(jì)而極大地便利對于變尖的帶線結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和構(gòu)建，其中θ是波的相位。
具體地，正如下面詳細(xì)地討論的那樣，出于實(shí)際的目的，在θ域中的駐波電壓和電流幅度可被看作為簡單的正弦(假設(shè)弱損耗)；因此，施加從z域到θ域的變換會(huì)很大地簡化用于設(shè)計(jì)的損耗分析。在θ域中設(shè)計(jì)了逐段變尖結(jié)構(gòu)后，可以施加逆變換，以呈現(xiàn)在z域中的設(shè)計(jì)參數(shù)，這對于得到用于變尖的結(jié)構(gòu)的物理布局的實(shí)際的尺寸(即，沿z軸的分段長度)是必須的。在以下討論中，逐個(gè)步驟地詳細(xì)闡述這個(gè)過程。
在其上呈現(xiàn)單個(gè)駐波模式的、具有恒定的特性阻抗的通常的變尖的(依賴于位置的)共面帶線中的總的時(shí)間平均的損耗Pdiss被給出為Pdiss=∫0L{12R(z)I2(z)+12G(z)V2(z)}dz---(1)]]>其中L是線的水平跨距，I(z)和V(z)是在位置z處的駐波模式的電流和電壓幅度，以及R(z)和G(z)是在z處的單位長度串聯(lián)電阻和并聯(lián)電導(dǎo)。為了得到最小損耗的變尖線，需要在以上討論的R-G折衷的約束條件下找到使得公式(1)中的Pdiss最小化的R(z)和G(z)。然而，非常難估計(jì)公式(1)中的積分，因?yàn)镮(z)和V(z)事先是未知的，這是因?yàn)樗鼈円蕾囉谶€沒有被確定的帶線的物理結(jié)構(gòu)。因此，在z域的設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)某種循環(huán)論證；具體地，需要費(fèi)時(shí)的迭代方法，使得最佳化過程非常復(fù)雜并且可能代價(jià)高昂。
按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，通過其中用波的相位θ代替積分變量z的變換，對公式(1)的估計(jì)被大大地簡化。首先，考慮具有無窮小數(shù)目的均勻的分段的逐段變尖的結(jié)構(gòu)。該逐段結(jié)構(gòu)的每個(gè)均勻分段具有長度dz和相同的特性阻抗Z0。行進(jìn)位于z和z+dz之間的無窮小的均勻線分段，波經(jīng)受dθ的無窮小的相位改變，其中dθ和dz通過dθ＝β(z)dθ相聯(lián)系。這里β(z)是該無窮小的均勻分段中的行波的傳播常數(shù)，并由熟悉的公式給出β(z)=ω/v(z)=ωL(z)C(z),---(2)]]>其中v(z)=1/L(z)C(z)]]>是在該無窮小的均勻線段中的波的相位速度，L(z)和C(z)是在該無窮小的均勻線段中的單位長度電感和電容，以及ω是模態(tài)頻率。在以上的關(guān)系式中代入β(z)＝dθ/dz，我們得到在θ和z之間的以下的關(guān)系式dθ=ωL(z)C(z)dz,]]>或(3)θ(z)=ω∫0zL(z′)C(z′)dz′---(4)]]>同樣，在均勻線的情形下，θ(z)減小到熟悉的ωLCz=βz,]]>其中β是相位常數(shù)2π/λ。但在非均勻線中，波相位速度v(z)=1/L(z)C(z)]]>可以隨z變化，所以θ(z)不是線性函數(shù)。
從z映射到θ(z)是有用的，因?yàn)樵诰哂泻愣ǖ奶匦宰杩筞0的任何通常的傳輸線中，若假設(shè)弱的損耗，則用于駐波模式的電壓和電流幅度常常是相位θ(z)的正弦。因此，這些幅度可被重寫為V(z)＝V0cos(θ(z)) (5)I(z)＝I0sin(θ(z)). (6)通過θ的參數(shù)化，來自公式(1)的功率耗散公式可被重寫為Pdiss=∫0π/2{12(I0sinθ)2Rθ(θ)+12(V0cosθ)2G(θ)}dθ---(7)]]>假設(shè)線長度被選擇為產(chǎn)生π/2相移(對于基本上四分之一波長SWO)。這里Rθ(θ)和Gθ(θ)被定義為在θ處的單位弧度相移的串聯(lián)和并聯(lián)損耗，它們可以通過下式與R(z)和G(z)相聯(lián)系Rθ(θ)dθ＝R(z)dz (8)Gθ(θ)dθ＝G(z)dz (9)其中在dz和dθ之間的關(guān)系可以從公式(3)或(4)得到。在公式(7)中的積分是相對較容易的，因?yàn)殡娏骱碗妷厚v波波形在θ域常常是已知的正弦，而不管具體的變尖的帶線結(jié)構(gòu)。
鑒于上述的內(nèi)容，基于以上結(jié)合圖17討論的概念的逐段結(jié)構(gòu)的具體的例子可被使用來說明按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的、用于使用z域到θ域的變換的最佳化過程。再次參考圖17所示的特性阻抗輪廓線，根據(jù)Z0＝25歐姆的示例性特性阻抗，對于沿輪廓線的五個(gè)點(diǎn)(點(diǎn)1-5)進(jìn)行損耗參數(shù)的仿真。下面的表2提供這個(gè)仿真的結(jié)果，其顯示對于每個(gè)分段的帶線的相關(guān)的W-S尺度以及相應(yīng)的損耗參數(shù)Rθ和Gθ。
表2一旦對于五個(gè)分段當(dāng)中的每個(gè)分段得到θ域的損耗參數(shù)，就可以確定每個(gè)分段應(yīng)當(dāng)為變尖的結(jié)構(gòu)的總的損耗最小化貢獻(xiàn)的相位改變量。按照一個(gè)實(shí)施例，這可以通過在θ域中(即，0≤θ≤π/2)的每個(gè)點(diǎn)處估計(jì)五個(gè)分段當(dāng)中的哪個(gè)分段使得在該局部點(diǎn)處的單位相移的損耗最小化而完成。單位相移的損耗是公式(7)中的損耗積分的被積函數(shù)dPdissdθ=12(Iosinθ)2Rθ(θ)+12(Vocosθ)2Gθ(θ).---(10)]]>參考圖17，為了說明z-θ變換，z軸也被標(biāo)記為θ軸，以及過渡點(diǎn)(θ1，z1)、(θ2，z2)、(θ3，z3)和(θ4，z4)被表示在各分段之間的邊界處。在各分段之間的過渡點(diǎn)θ1、θ2、θ3和θ4可以藉助于公式(10)通過使得一個(gè)分段的單位相移的損耗等于下一個(gè)分段的單位相移的損耗而被計(jì)算出來。例如θ1可被計(jì)算為12(Iosinθ1)2Rθ,1+12(IoZocosθ1)2Gθ,1=12(Iosinθ1)2Rθ,2+12(IoZocosθ1)2Gθ,2]]>其中Rθ，1和Rθ，2分別是對于分段1和2的單位相移的串聯(lián)電阻(從表2)，而Gθ，1和Gθ，2分別是對于分段1和2的單位相移的并聯(lián)電導(dǎo)(再次從表2)。對于表2中給定的具體的例子，這個(gè)計(jì)算產(chǎn)生θ1＝22.9°。所以，對于θ＜θ1＝22.9°，分段1比起分段2具有更低的單位相移的損耗，以及對于θ＞θ1＝22.9°，分段2比起分段1具有更低的單位相移的損耗。因此，在一個(gè)示例性設(shè)計(jì)中，分段1應(yīng)當(dāng)大約覆蓋變尖的帶線結(jié)構(gòu)的頭一個(gè)22.9°，以及在22.9°點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)過渡到分段2。其它分段的相位跨距和相應(yīng)的過渡點(diǎn)θ2、θ3和θ4可被類似地確定；例如，如以上對于θ2應(yīng)用公式(10)，找到θ2是39.8°，所以分段2的相位跨距大約是17°(即，θ2-θ1。
按照公式(10)得到在θ域中的每個(gè)分段之間的過渡點(diǎn)(因此，得到每個(gè)分段的跨距)，這些數(shù)值然后被變換到z域，以產(chǎn)生相應(yīng)的過渡點(diǎn)z1、z2、z3和z4(見圖17)，以及從而產(chǎn)生逐段設(shè)計(jì)的不同分段的各個(gè)物理長度。為此，參考圖17，第i分段的物理長度(i＝1，2，3，4，5)通過在z域中的Δzi＝zi-zi-1而被給出，這相應(yīng)于在θ域中的相位跨距Δθi＝θi-θi-1。通過使用以上的公式(3)，這兩個(gè)量由下式給出Δθi=ωLiCiΔzi---(11)]]>其中Li和Ci是對于第i分段的單位長度電感和電容，它們是從EM仿真獲知的。因此，公式(11)可被使用來確定在z域中每個(gè)分段的長度，并且完成從θ域到z域的設(shè)計(jì)的變換。
按照本實(shí)施例的另一個(gè)方面，作為在以上概述的過程中的另一個(gè)可選步驟，一旦按照以上的程序確定了每個(gè)分段的物理長度，靠近過渡點(diǎn)z1、z2、z3和z4的實(shí)際的帶線布局可被平滑化，以使得帶線進(jìn)一步近似或成為基本上連續(xù)的變尖的結(jié)構(gòu)。W和S的數(shù)值因此變?yōu)楸环抡娴脑歼x擇的點(diǎn)的內(nèi)插。如上所述，應(yīng)當(dāng)看到，對于逐段設(shè)計(jì)選擇和仿真的點(diǎn)/分段越多，這些內(nèi)插的數(shù)值就變得越為最佳化。
在這時(shí)，對于使用變尖的帶線的SWO設(shè)計(jì)，逐段變尖的設(shè)計(jì)可被示意地仿真，以確定設(shè)計(jì)中所需要的任何調(diào)節(jié)，從而考慮如圖15A所示的、與放大器304有關(guān)的邊界條件。放大器的晶體管實(shí)際上在共面帶線本身的相移中引入附加相移。所以，如果SWO是使用覆蓋相應(yīng)于目標(biāo)頻率的四分之一波長的共面帶線來仿真的，則實(shí)際的振蕩頻率可能低于這個(gè)目標(biāo)。
因此，在本實(shí)施例的一個(gè)方面，為了補(bǔ)償放大器的加載效應(yīng)，帶線結(jié)構(gòu)可被縮短，直至仿真的振蕩頻率達(dá)到目標(biāo)頻率為止。例如，如果目標(biāo)振蕩頻率是20GHz，以及如果仿真的振蕩頻率在從帶線去除15°大小的相移之前沒有達(dá)到20GHz，則這個(gè)15°可以在布局中從帶線的開頭被消除。在以上結(jié)合圖17和表2討論的具體的例子中，為了考慮放大器加載的影響，分段1的相位跨距參數(shù)Δθ1可以從22.9°縮短到7.9°。這個(gè)修改顯示于圖17A，其中從帶線去除以打陰影線和交叉的“X”表示的分段1的部分507。
總之，應(yīng)當(dāng)看到，如以上結(jié)合圖17和表2給出的具體的例子概述的那樣，按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的、用于逐段變尖共面帶線結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)程序過程主要被提供來用于說明的目的，本公開內(nèi)容不限于這個(gè)例子。具體地，參考圖17B所示的方法流程圖，作為這個(gè)設(shè)計(jì)程序的基礎(chǔ)的突出概念通?？杀灰?guī)定為如下1)選擇逐段變尖結(jié)構(gòu)的特性阻抗Z0；2)選擇要被包括在逐段變尖結(jié)構(gòu)中的分段的數(shù)目(即，選擇與圖16和17所示的類似的輪廓線曲線圖中的點(diǎn)的數(shù)目)；3)對于每個(gè)分段，根據(jù)公式(8)和(9)確定在θ域中的損耗參數(shù)Rθ和Gθ；4)根據(jù)公式(10)確定在θ域中的各分段之間的過渡點(diǎn)；以及5)根據(jù)公式(11)把θ域中的過渡點(diǎn)(或相位跨距)變換到z域，以便確定不同的分段的各個(gè)物理長度。作為可選的附加步驟，一旦確定每個(gè)分段的物理長度，就可經(jīng)由對于寬度W和間隔S的內(nèi)插來平滑過渡點(diǎn)。作為另一個(gè)選項(xiàng)，對于基于逐段變尖結(jié)構(gòu)的SWO設(shè)計(jì)，可以通過縮短帶線的總的長度來補(bǔ)償放大器加載效應(yīng)(例如，如圖17A所示)。
應(yīng)當(dāng)看到，雖然圖15A、16、17和17A顯示的示例性變尖共面帶線結(jié)構(gòu)是基于基本上(λ/4)共面帶線SWO的，但本發(fā)明不限于這一方面。具體的，具有各種尺寸分布的變尖傳輸線結(jié)構(gòu)可被實(shí)施，以用于其中不同的R和/或G數(shù)值在沿器件的不同點(diǎn)處是想要的、不同的類型的器件。通常，按照本發(fā)明的各種實(shí)施例的變尖的傳輸線結(jié)構(gòu)可被設(shè)計(jì)成具有作為沿傳輸線的位置z的函數(shù)的R和/或G的任意數(shù)值，以用于各種各樣的應(yīng)用。
f.具有Q增強(qiáng)和相位速度減小特征的(λ/4)共面帶線SWO圖18A、18B和18C顯示按照本發(fā)明的各種實(shí)施例的三個(gè)不同的(λ/4)共面帶線駐波振蕩器的照片。具體地，圖18A顯示均勻共面帶線SWO 510的電路管芯的頂視圖(至少部分基于圖13A所示的實(shí)施例)，而圖18B和18C顯示不同的變尖共面帶線SWO 512和514的電路管芯的對應(yīng)頂視圖(至少部分基于圖15A所示的實(shí)施例)。在每個(gè)這些(λ/4)共面帶線SWO中，在位置z＝L處的在帶線的導(dǎo)體之間的短路302被顯示在圖的頂部，而對于一個(gè)或多個(gè)放大器(類似于圖13A和15A所示的放大器304)，在位置z＝0處的連接點(diǎn)被表示在圖的底部。
圖18A、18B和18C所示的每個(gè)SWO通過使用0.18微米CMOS技術(shù)被制造，并且在截面圖上，每個(gè)SWO還包括一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電帶陣列62，其類似于以上結(jié)合圖5A、5B、8、10和11討論的那些導(dǎo)電帶陣列(在作為頂視圖的圖18A、18B和18C上，陣列62總的被表示為在共面帶線的導(dǎo)體下面的陰影區(qū)域)。正如以上結(jié)合這些較早的圖討論的那樣，導(dǎo)電帶的陣列的存在易于在SWO中實(shí)現(xiàn)Q增強(qiáng)和相位速度減小。在另一方面，由圖18B和18C的變尖的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的損耗減小在這些實(shí)施例中有助于進(jìn)一步的Q增強(qiáng)。
在圖18A、18B和18C所示的每個(gè)SWO中，在短路302處的很大的導(dǎo)體塊在其中想要相對較低的R的結(jié)構(gòu)中的一個(gè)點(diǎn)處往往會(huì)增加串聯(lián)電阻。因此，在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)SWO還可包括在與一個(gè)或多個(gè)陣列62相同的平面上的導(dǎo)電金屬板63(例如，在短路302下面，如圖上的實(shí)線白區(qū)域表示)，其中短路302通過多個(gè)通孔被連接到平板63。這個(gè)安排實(shí)際上增大在短路302的區(qū)域中的導(dǎo)體塊，由此減小在這個(gè)區(qū)域中的串聯(lián)電阻。
在圖18B的變尖的實(shí)施例中，與圖18A的均勻?qū)嵤├啾容^，在z＝L處更大的導(dǎo)體間隔導(dǎo)致成比例的更長的短路302。這個(gè)更長的短路302相對于圖18A所示的結(jié)構(gòu)往往會(huì)增加串聯(lián)電阻，由此潛在地部分損害變尖的結(jié)構(gòu)的好處。鑒于上述的內(nèi)容，圖18C的實(shí)施例提供替換的變尖的結(jié)構(gòu)，其中帶線導(dǎo)體的變尖錐度被修改成使得短路302的長度類似于圖18A所示的均勻結(jié)構(gòu)的長度。
為了比較地測量均勻的和變尖的結(jié)構(gòu)的性能，圖18A、18B和18C所示的SWO被制造成使得每個(gè)SWO具有約25歐姆的特性阻抗Z0，以便工作在約15GHz。每個(gè)器件具有約420微米的總的帶線長度L。對于圖18A的均勻?qū)嵤├?，帶線的每個(gè)導(dǎo)體的寬度大約是85微米，而在導(dǎo)體之間的間隔大約是50微米。對于圖18B的變尖的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)體寬度的范圍為從在z＝0附近的約75微米到在z＝L附近的約90微米，而在導(dǎo)體之間的間隔的范圍為從在z＝0附近的約20微米到在z＝L附近的約120微米(例如，見表2)。實(shí)驗(yàn)測量值證實(shí)，在圖18的變尖的器件中實(shí)現(xiàn)相對于圖18A的均勻器件的約50％的Q增強(qiáng)(例如，均勻的器件具有約39的品質(zhì)因數(shù)Q，而變尖的器件具有約59的品質(zhì)因數(shù)Q)。
g.低損耗頻率可調(diào)諧的駐波振蕩器在本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施例中，SWO的共面帶線實(shí)施方案可被配置成具有可被最佳化來減小損耗從而減小功耗的頻率調(diào)節(jié)能力。例如，按照一個(gè)實(shí)施例，SWO可以用用來改變共面帶線的單位長度電容C并從而改變振蕩頻率(涉及頻率和波長的相位速度v反比于乘積LC的平方根)的一個(gè)或多個(gè)可變電容器(“變?nèi)莨堋?來實(shí)施。在這個(gè)實(shí)施例的一個(gè)方面，共面帶線上一個(gè)或多個(gè)變?nèi)莨艿姆胖帽蛔罴鸦员３诛@著的頻率可調(diào)節(jié)能力，同時(shí)減小由變?nèi)莨芤鸬娜魏螕p耗。
圖19A和19B顯示可被利用于按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的SWO的變?nèi)莨艿牟煌硎?。具體地，圖19A顯示被連接在共面帶線的兩個(gè)導(dǎo)體300A和300B之間的變?nèi)莨?00，其中該變?nèi)莨鼙粚?shí)施為一對NMOS晶體管，它們的柵極被耦合到共面帶線的對應(yīng)導(dǎo)體，它們的源極和漏極被耦合在一起并被連接到偏壓Vbias。圖19B顯示變?nèi)莨?00的另一個(gè)等效的示意表示，其中可變電容400A被顯示為串聯(lián)連接到代表與變?nèi)莨?00相關(guān)的固有損耗的電阻400B。
再次參考顯示示例性(λ/4)共面帶線SWO的圖13A和13B，應(yīng)當(dāng)看到，在按照本發(fā)明的各種實(shí)施例的SWO中實(shí)施一個(gè)或多個(gè)變?nèi)莨?00，會(huì)影響由于與變?nèi)莨茈娮?00B有關(guān)的損耗而引起的功耗。具體地，如果變?nèi)莨鼙环胖迷赟WO中的最大電壓幅度擺動(dòng)點(diǎn)(例如，在圖13A中的z＝0)處，則頻率可調(diào)節(jié)能力是很大的，但由于在變?nèi)莨茈娮枭系南鄬^高的電壓引起的損耗可能是相當(dāng)大的。另一方面，把變?nèi)莨芊胖迷诳拷黃WO的短路端(例如，在圖13A中的z＝L)，由于在變?nèi)莨茈娮枭现挥泻苌倩驔]有電壓，將導(dǎo)致低的損耗，但是同時(shí)僅有很小或者沒有頻率調(diào)諧能力。
然而，申請人看到和認(rèn)識(shí)到，在至少某些制造工藝方面，雖然由于變?nèi)莨茈娮枰鸬膿p耗從最大電壓幅度(即，z＝0)移動(dòng)到電壓節(jié)點(diǎn)(即，z＝L)時(shí)基本上線性地減小，但同樣的情形對于頻率調(diào)諧能力不成立；即，基于變?nèi)莨芪恢玫念l率調(diào)諧能力在從最大電壓幅度點(diǎn)直到約電壓節(jié)點(diǎn)的一半路程(即，0＜z≤L/2)時(shí)基本上保持恒定。在半程點(diǎn)以后(即，L/2＜z≤L)，當(dāng)接近電壓節(jié)點(diǎn)時(shí)，頻率調(diào)諧能力開始明顯地下降，在電壓節(jié)點(diǎn)時(shí)沒有頻率調(diào)諧能力。因此，在某些處理過程中，雖然已指出，在沿諧振器的變?nèi)莨芪恢门c由于變?nèi)莨茈娮璧膿p耗之間有基本上線性的關(guān)系，但在沿諧振器的變?nèi)莨芪恢门c頻率調(diào)諧能力之間有很大的非線性關(guān)系。
鑒于上述的內(nèi)容，按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，通過把變?nèi)莨芊胖迷谧畲箅妷悍扰c電壓節(jié)點(diǎn)(零電壓)之間的半程點(diǎn)附近(例如，在圖13A上z≈L/2)，這種現(xiàn)象在共面帶線SWO中被利用。在本實(shí)施例的一個(gè)方面，通過把變?nèi)莨芊胖迷诎氤厅c(diǎn)附近但在半程點(diǎn)與電壓節(jié)點(diǎn)之間(例如，在圖13A上L/2＜z＜＜L)，變?nèi)莨芪恢每杀蛔罴鸦?。這樣，很大的頻率調(diào)諧能力被保持，同時(shí)顯著減小起因于變?nèi)莨茈娮璧膿p耗。在各種實(shí)施例中，如上所述的變?nèi)莨芸梢越Y(jié)合這里討論的均勻或非均勻(例如，變尖的)共面帶線SWO以及不同于這里討論的(λ/4)共面帶線SWO的SWO結(jié)構(gòu)而被利用。在又一個(gè)實(shí)施例中，沿共面帶線的變?nèi)莨艿姆植伎杀皇褂脕硖峁╊l率可調(diào)諧性，同時(shí)緩和與由于集中參數(shù)變?nèi)莨芗虞d造成的損耗有關(guān)的任何潛在的影響。
h.閉環(huán)駐波振蕩器本發(fā)明的另一個(gè)例子針對一種基于環(huán)形諧振器共面帶線實(shí)施方案的閉環(huán)(例如圓形)駐波振蕩器。在本實(shí)施例的一方面，正如下面更詳細(xì)地討論的那樣，交叉耦合放大器結(jié)構(gòu)被利用來通過使用特定諧振器拓?fù)鋪肀阌趩文Ｊ讲僮?，以避免在振蕩器中引起很大的損耗。
更具體地，圖20A顯示按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的閉環(huán)SWO 700，其示意地被表示為圓環(huán)。SWO 700利用至少兩個(gè)放大器702A和702B(即，兩對交叉耦合逆變器)，其抵消電路中的損耗，以及一個(gè)閉環(huán)共面帶線704(包括導(dǎo)體704A和704B)，其具有總的路徑長度L，在其上形成滿足邊界條件V()＝V(+2π)的駐波，其中是從環(huán)形結(jié)構(gòu)的給定的參考半徑r計(jì)的任意參考角。該邊界條件導(dǎo)致在L＝2πλ＝nλ(對于n＝1，2，3...)處的可能的能量模式，其中r是環(huán)的半徑。相應(yīng)于n＝1的振蕩的基波頻率f0然后由v/L給出，其中v是相位速度。
圖20A所示的SWO 700的放大器702A和702B的互聯(lián)有效地實(shí)施一種用于振蕩器的模式控制技術(shù)。具體地，通過連接點(diǎn)T1到點(diǎn)B2和點(diǎn)T2到點(diǎn)B1，確保端口T1-T2和B1-B2處在相反相位(180°)，由此抑制所有的偶模諧波。這種偶數(shù)節(jié)點(diǎn)抑制使得端口L1-L2總是保持“安靜”，即零電壓節(jié)點(diǎn)。通過把用于放大器的電源抽頭到這個(gè)端口以作為共模電壓，端口R1-R2被強(qiáng)迫成為零電壓節(jié)點(diǎn)。
圖20B顯示用于在圖20A示意地表示的環(huán)形諧振器的物理布局的一個(gè)例子。在圖20B的布局中，在用于實(shí)施偶模抑制的放大器702A與702B之間的互聯(lián)被放置成互相靠近，以便引入比起在環(huán)形共面帶線中故意的延遲而言可忽略的延遲。具體地，環(huán)形共面帶線的形狀被失真，同時(shí)保持它的拓?fù)洳蛔?，這樣，端口T1-T2和B1-B2在物理上互相接近，以減小在端口之間的互聯(lián)損耗。圖21顯示與圖20B的概念有關(guān)的、具有“四葉形”形狀的閉環(huán)SWO的另一個(gè)布局，這樣，放大器702A和702B再次被放置成互相靠近。在圖21所示的實(shí)施例的一個(gè)方面，共面帶線的四個(gè)λ/4分段被耦合在一起，以形成完整的環(huán)。
圖22A和22B顯示通過使用利用fT約為50GHz的晶體管的硅-鎵(Si-Ge)工藝實(shí)施的10GHz閉環(huán)SWO的仿真結(jié)果。如圖22A所示，每個(gè)“響的端口”(例如，圖20A的T1-T2和B1-B2)當(dāng)振蕩器從1.5伏電源抽取約5mA直流電流時(shí)具有1.2伏的差分電壓擺動(dòng)。如圖22B所示，在某一初始振鈴后，“安靜端口”(例如，圖20A的L1-L2)保持安靜，正如預(yù)期的那樣。
按照本實(shí)施例的各方面，以上結(jié)合四分之一波長SWO實(shí)施方案討論的多個(gè)概念也可被利用來實(shí)現(xiàn)各種各樣的閉環(huán)共面帶線SWO結(jié)構(gòu)。例如，在本實(shí)施例的各方面，定制的分布式放大方案和可變參數(shù)共面帶線結(jié)構(gòu)(例如，變尖的共面帶線)的其中之一或二者可被利用于閉環(huán)結(jié)構(gòu)。在其它方面，變尖的共面帶線結(jié)構(gòu)(即，具有依賴于位置的R和G)和導(dǎo)電帶陣列的其中之一或二者可被利用來便于Q增強(qiáng)和相位速度減小。在再一個(gè)方面，低損耗頻率調(diào)諧能力可以在使用一個(gè)或多個(gè)適當(dāng)?shù)胤胖玫淖內(nèi)莨艿倪@樣的SWO中被實(shí)施。
III.結(jié)論這樣描述幾個(gè)說明性實(shí)施例后，應(yīng)當(dāng)看到，本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易地想到各種改變、修改和改進(jìn)。這樣的改變、修改和改進(jìn)打算作為本公開內(nèi)容的一部分，并且打算屬于本公開內(nèi)容的精神和范圍內(nèi)。雖然這里給出的某些例子牽涉到功能或結(jié)構(gòu)性單元的具體的組合，但應(yīng)當(dāng)看到，這些功能和單元可以按照本發(fā)明以其它方式被組合，以完成相同的或不同的目的。具體地，結(jié)合一個(gè)實(shí)施例討論的步驟、元件和特征不打算從其它實(shí)施例的類似作用或其它作用中被排除。因此，上述的說明和附圖僅僅作為例子，而不打算用來限制本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種駐波振蕩器，用來生成具有頻率f0的至少一個(gè)電壓駐波，該振蕩器包括一個(gè)共面帶線，包括兩個(gè)導(dǎo)體并且具有等于或近似等于四分之一波長(λ/4)的長度L，其中λ是通過構(gòu)成該至少一個(gè)電壓駐波的波的相位速度與頻率f0相聯(lián)系的；以及在該共面帶線的第一末端被布置在導(dǎo)體之間的至少一個(gè)放大器，其中所述兩個(gè)導(dǎo)體在該共面帶線的第二端處被連接在一起，以形成短路。
2.權(quán)利要求1的振蕩器，其中該至少一個(gè)放大器包括至少一個(gè)對交叉耦合的反相器。
3.權(quán)利要求1的振蕩器，其中該至少一個(gè)放大器包括用于以沿共面帶線的長度變化的方式分布該至少一個(gè)放大器的增益的裝置。
4.權(quán)利要求1的振蕩器，還包括用于控制振蕩器的振蕩模式的裝置。
5.權(quán)利要求1的振蕩器，其中該至少一個(gè)放大器包括沿共面帶線的長度布置的多個(gè)放大器。
6.權(quán)利要求5的振蕩器，其中所述多個(gè)放大器包括被配置成具有不同增益的至少兩個(gè)放大器。
7.權(quán)利要求6的振蕩器，其中所述多個(gè)放大器當(dāng)中的每個(gè)放大器被配置成具有與所述多個(gè)放大器當(dāng)中的另一個(gè)放大器不同的增益。
8.權(quán)利要求6的振蕩器，其中所述多個(gè)放大器的各個(gè)增益被配置成與該至少一個(gè)電壓駐波的幅度有關(guān)。
9.權(quán)利要求8的振蕩器，其中所述多個(gè)放大器當(dāng)中的每個(gè)放大器的增益與該至少一個(gè)電壓駐波在一個(gè)地點(diǎn)的幅度有關(guān)，所述放大器沿共面帶線被布置在該地點(diǎn)。
10.權(quán)利要求5的振蕩器，其中所述多個(gè)放大器沿共面帶線的長度基本上是相等間隔的。
11.權(quán)利要求10的振蕩器，其中所述多個(gè)放大器當(dāng)中的每個(gè)放大器被配置成具有與所述多個(gè)放大器當(dāng)中的另一個(gè)放大器不同的增益。
12.權(quán)利要求10的振蕩器，其中所述多個(gè)放大器的各個(gè)增益被配置成與該至少一個(gè)電壓駐波的幅度有關(guān)。
13.權(quán)利要求12的振蕩器，其中所述多個(gè)放大器當(dāng)中的每個(gè)放大器的增益與該至少一個(gè)電壓駐波在一個(gè)地點(diǎn)的幅度有關(guān)，所述放大器沿共面帶線被布置在該地點(diǎn)。
14.權(quán)利要求1的振蕩器，其中所述共面帶線被配置成具有沿該共面帶線的長度變化的單位長度電阻R和單位長度電導(dǎo)G。
15.權(quán)利要求14的振蕩器，其中所述共面帶線被配置成具有沿該共面帶線的長度的基本上均勻的特性阻抗。
16.權(quán)利要求14的振蕩器，其中所述共面帶線被配置成多個(gè)分段，其中所述多個(gè)分段當(dāng)中的每個(gè)分段具有不同的單位長度電阻R和不同的單位長度電導(dǎo)G。
17.權(quán)利要求14的振蕩器，其中所述共面帶線被配置成使得單位長度電阻R和單位長度電導(dǎo)G沿該共面帶線的長度基本上連續(xù)地變化。
18.權(quán)利要求14的振蕩器，其中在所述兩個(gè)導(dǎo)體之間的間隔與導(dǎo)體的寬度沿共面帶線的長度變化。
19.權(quán)利要求14的振蕩器，其中所述共面帶線被配置成使得單位長度電導(dǎo)G在該共面帶線的第一端處比起在該共面帶線的第二端處更小，以及使得單位長度電阻R在該共面帶線的第二端處比起在該共面帶線的第一端處更小。
20.權(quán)利要求19的振蕩器，其中所述至少一個(gè)放大器包括沿共面帶線的長度布置的多個(gè)放大器。
21.權(quán)利要求20的振蕩器，其中所述多個(gè)放大器的各個(gè)增益被配置成與該至少一個(gè)電壓駐波的幅度有關(guān)。
22.權(quán)利要求21的振蕩器，其中所述多個(gè)放大器當(dāng)中的每個(gè)放大器的增益與該至少一個(gè)電壓駐波在一個(gè)地點(diǎn)的幅度有關(guān)，所述放大器沿共面帶線被布置在該地點(diǎn)。
23.權(quán)利要求22的振蕩器，其中所述多個(gè)放大器沿共面帶線的長度基本上是相等間隔的。
24.權(quán)利要求1的振蕩器，其中所述兩個(gè)導(dǎo)體包括基本上互相平行并且基本上沿第一方向取向的第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體，以及其中該振蕩器還包括被布置成靠近共面帶線的多個(gè)基本上直線的導(dǎo)電帶，所述多個(gè)直線導(dǎo)電帶基本上互相平行，并基本上沿與第一方向垂直的第二方向取向。
25.權(quán)利要求24的振蕩器，其中所述共面帶線被配置成具有沿共面帶線的長度變化的單位長度電阻R和單位長度電導(dǎo)G。
26.權(quán)利要求1的振蕩器，還包括至少一個(gè)頻率調(diào)節(jié)部件，用來調(diào)節(jié)該至少一個(gè)電壓駐波的頻率f0。
27.權(quán)利要求26的振蕩器，其中該至少一個(gè)頻率調(diào)節(jié)部件包括被近似布置在共面帶線的第一端和第二端之間的中點(diǎn)處的至少一個(gè)變?nèi)莨堋?br> 28.權(quán)利要求27的振蕩器，其中該至少一個(gè)變?nèi)莨鼙徊贾迷诠裁鎺Ь€的中點(diǎn)和第二端之間。
29.一種駐波振蕩器，用來生成至少一個(gè)電壓駐波，包括一個(gè)閉環(huán)共面帶線，其包括兩個(gè)導(dǎo)體；和在第一位置處被布置在兩個(gè)導(dǎo)體之間的至少一個(gè)放大器，其中所述兩個(gè)導(dǎo)體在不同于第一位置的第二位置處被連接在一起，以提供對于該至少一個(gè)電壓駐波的零電壓節(jié)點(diǎn)。
30.權(quán)利要求29的振蕩器，其中該至少一個(gè)放大器包括用于以沿共面帶線變化的方式分布該至少一個(gè)放大器的增益的裝置。
31.權(quán)利要求29的振蕩器，還包括用于控制振蕩器的振蕩模式的裝置。
32.權(quán)利要求29的振蕩器，還包括用于控制振蕩器的振蕩頻率的裝置。
33.權(quán)利要求29的振蕩器，其中該至少一個(gè)放大器至少包括位于第一位置的第一放大器，第一位置是在離第二位置在第一方向上圍繞閉環(huán)共面帶線的距離的四分之一處，以及第二放大器位于離該第二位置在第二方向上圍繞閉環(huán)共面帶線的距離的四分之一的第三位置處，這樣，第一和第二放大器在閉環(huán)共面帶線中是互相相對的。
34.權(quán)利要求33的振蕩器，其中在第一位置處的所述兩個(gè)導(dǎo)體當(dāng)中的第一導(dǎo)體被連接到在第三位置處的所述兩個(gè)導(dǎo)體當(dāng)中的第二導(dǎo)體；以及在第一位置處的第二導(dǎo)體被連接到在第三位置處的第一導(dǎo)體。
35.權(quán)利要求34的振蕩器，其中所述閉環(huán)共面帶線被成形為使得第一位置物理地靠近第三位置。
36.一種共面帶線，包括第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體，其中該共面帶線被配置成具有沿該共面帶線的長度變化的單位長度電阻R和單位長度電導(dǎo)G。
37.權(quán)利要求36的共面帶線，其中該共面帶線被配置成具有沿該共面帶線的長度的基本上均勻的特性阻抗。
38.權(quán)利要求37的共面帶線，其中該共面帶線被配置成多個(gè)分段，其中所述多個(gè)分段當(dāng)中的每個(gè)分段具有不同的單位長度電阻R和不同的單位長度電導(dǎo)G。
39.權(quán)利要求37的共面帶線，其中該共面帶線被配置成使得單位長度電阻R和單位長度電導(dǎo)G沿該共面帶線的長度基本上連續(xù)地變化。
40.權(quán)利要求37的共面帶線，其中在所述第一和第二導(dǎo)體之間的間隔與所述導(dǎo)體的寬度沿共面帶線的長度變化。
41.一種用于在共面帶線上生成至少一個(gè)電壓駐波的方法，包括以下步驟A)以沿該共面帶線的長度變化的方式來分布放大，以便克服共面帶線損耗。
42.權(quán)利要求41的方法，其中步驟A)包括以下步驟沿共面帶線來分布放大，以使得分布式放大是與該至少一個(gè)電壓駐波的幅度有關(guān)的。
43.權(quán)利要求41的方法，其中步驟A)包括以下步驟B)沿共面帶線布置多個(gè)放大器，所述多個(gè)放大器當(dāng)中的至少兩個(gè)放大器具有不同的增益。
44.權(quán)利要求43的方法，其中所述多個(gè)放大器當(dāng)中的每個(gè)放大器的增益與該至少一個(gè)電壓駐波在一個(gè)地點(diǎn)的幅度有關(guān)，所述放大器沿共面帶線被布置在該地點(diǎn)。
45.權(quán)利要求44的方法，其中步驟B)包括以下步驟沿共面帶線的長度基本上相等間隔地放置所述多個(gè)放大器。
46.一種用于在共面帶線上生成至少一個(gè)電壓駐波的方法，包括以下步驟A)控制該至少一個(gè)電壓駐波的振蕩模式。
47.權(quán)利要求46的方法，其中步驟A)包括以下步驟B)沿共面帶線放置至少一個(gè)放大器，以便激勵(lì)該至少一個(gè)電壓駐波的至少一個(gè)想要的振蕩模式。
48.權(quán)利要求47的方法，其中步驟B)包括以下步驟沿共面帶線在不同位置處放置多個(gè)放大器，以便激勵(lì)該至少一個(gè)電壓駐波的至少一個(gè)想要的振蕩模式。
49.權(quán)利要求46的方法，其中步驟A)包括以下步驟沿共面帶線來分布放大，以使得分布式放大是與該至少一個(gè)電壓駐波的想要的振蕩模式的幅度有關(guān)的。
50.一種用于控制在共面帶線上至少一個(gè)電壓駐波的頻率的方法，包括以下步驟A)沿共面帶線在接近于該至少一個(gè)電壓駐波的最大幅度與該至少一個(gè)電壓駐波的零電壓節(jié)點(diǎn)之間的中點(diǎn)的位置處放置至少一個(gè)頻率控制裝置。
51.權(quán)利要求50的方法，其中步驟A)包括以下步驟B)沿共面帶線在所述中點(diǎn)與零電壓節(jié)點(diǎn)之間的一個(gè)位置處放置該至少一個(gè)頻率控制裝置。
52.權(quán)利要求51的方法，其中步驟B)包括以下步驟把該至少一個(gè)頻率控制裝置放置成使其與所述中點(diǎn)的距離比與零電壓節(jié)點(diǎn)的距離更近。
53.一種設(shè)備，包括一個(gè)共面帶線(CPS)，它只包括基本上互相平行并且基本上沿第一方向取向的第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體；以及被布置成靠近該共面帶線的多個(gè)基本上直線的導(dǎo)電帶，所述多個(gè)直線導(dǎo)電帶基本上互相平行，并基本上沿與第一方向垂直的第二方向取向。
54.權(quán)利要求53的設(shè)備，還包括被布置在至少所述共面帶線與多個(gè)導(dǎo)電帶之間的至少一個(gè)電介質(zhì)材料。
55.權(quán)利要求54的設(shè)備，還包括一個(gè)硅基片，其上放置所述至少一個(gè)電介質(zhì)材料、多個(gè)直線導(dǎo)電帶和共面帶線。
56.權(quán)利要求53的設(shè)備，其中該設(shè)備被配置成支持在共面帶線上的、具有在從約1GHz到至少60GHz的范圍中的一個(gè)頻率的至少一個(gè)信號(hào)，以及其中該共面帶線和多個(gè)直線導(dǎo)電帶被安排成使得該設(shè)備對于在從約1GHz到至少60GHz的范圍中的至少一個(gè)頻率具有至少30的品質(zhì)因數(shù)Q。
57.權(quán)利要求53的設(shè)備，其中該共面帶線和多個(gè)直線導(dǎo)電帶被安排成使得該設(shè)備的品質(zhì)因數(shù)Q對于在從約1GHz到至少60GHz的范圍中的至少一個(gè)頻率至少是50。
58.權(quán)利要求53的設(shè)備，其中該共面帶線和多個(gè)直線導(dǎo)電帶被安排成使得該設(shè)備的品質(zhì)因數(shù)Q對于在從約1GHz到至少60GHz的范圍中的至少一個(gè)頻率至少是70。
59.權(quán)利要求53的設(shè)備，其中第二方向與第一方向正交；該共面帶線被布置在第一平面內(nèi)；所述多個(gè)直線導(dǎo)電帶當(dāng)中的至少一些導(dǎo)電帶被布置在基本上平行于第一平面的第二平面上；以及第一平面和第二平面的至少一個(gè)法線同時(shí)穿過該共面帶線的一個(gè)導(dǎo)體和所述多個(gè)直線導(dǎo)電帶當(dāng)中的至少一個(gè)導(dǎo)電帶。
60.權(quán)利要求59的設(shè)備，其中第一和第二導(dǎo)體當(dāng)中的每個(gè)導(dǎo)體在沿共面帶線的一個(gè)給定點(diǎn)處具有沿第二方向的寬度W；第一和第二導(dǎo)體在沿共面帶線的該給定點(diǎn)處沿第二方向以第一距離S被間隔開；該共面帶線在沿共面帶線的該給定點(diǎn)處具有沿第二方向的第一尺寸D，其中D＝2W+S；所述多個(gè)直線導(dǎo)電帶當(dāng)中的每個(gè)導(dǎo)電帶具有沿第二方向的長度ls；以及該長度ls和第一尺寸D近似相等。
61.權(quán)利要求60的設(shè)備，其中所述長度ls比起第一尺寸D大約大10％。
62.權(quán)利要求60的設(shè)備，其中所述多個(gè)直線導(dǎo)電帶當(dāng)中的每個(gè)導(dǎo)電帶具有沿第一方向的寬度dA；以及該寬度dA顯著地小于第一尺寸D。
63.權(quán)利要求62的設(shè)備，其中所述多個(gè)直線導(dǎo)電帶的相鄰的直線導(dǎo)電帶沿第一方向被間隔開一個(gè)距離dB；以及該距離dB顯著地小于第一尺寸D。
64.權(quán)利要求63的設(shè)備，其中所述直線導(dǎo)電帶的寬度dA和間隔開相鄰的直線導(dǎo)電帶的距離dB近似相等。
65.權(quán)利要求63的設(shè)備，其中所述直線導(dǎo)電帶的寬度dA小于間隔開相鄰的直線導(dǎo)電帶的距離dB，并約達(dá)到該距離dB的一半。
66.權(quán)利要求63的設(shè)備，其中所述直線導(dǎo)電帶的寬度dA與間隔開相鄰的直線導(dǎo)電帶的距離dB二者之中的每一個(gè)比起第一尺寸D近似小一個(gè)量級(jí)。
67.權(quán)利要求66的設(shè)備，其中所述直線導(dǎo)電帶的寬度dA和間隔開相鄰的直線導(dǎo)電帶的距離dB近似相等。
68.權(quán)利要求63的設(shè)備，其中所述直線導(dǎo)電帶的寬度dA與間隔開相鄰的直線導(dǎo)電帶的距離dB二者之中的每一個(gè)比起第一尺寸D至少小一個(gè)量級(jí)。
69.權(quán)利要求68的設(shè)備，其中所述直線導(dǎo)電帶的寬度dA和間隔開相鄰的直線導(dǎo)電帶的距離dB近似相等。
70.權(quán)利要求60的設(shè)備，其中該共面帶線具有沿第一方向的長度LCPS；所述多個(gè)直線導(dǎo)電帶當(dāng)中的每個(gè)導(dǎo)電帶具有沿第一方向的寬度dA；以及該寬度dA顯著地小于共面帶線的長度LCPS。
71.權(quán)利要求70的設(shè)備，其中所述多個(gè)直線導(dǎo)電帶的相鄰的直線導(dǎo)電帶沿第一方向被間隔開一個(gè)距離dB；以及該距離dB顯著地小于共面帶線的長度LCPS。
72.權(quán)利要求71的設(shè)備，其中所述直線導(dǎo)電帶的寬度dA和間隔開相鄰的直線導(dǎo)電帶的距離dB近似相等。
73.權(quán)利要求71的設(shè)備，其中所述直線導(dǎo)電帶的寬度dA與間隔開相鄰的直線導(dǎo)電帶的距離dB二者之中的每一個(gè)比起共面帶線的長度LCPS近似小一個(gè)量級(jí)。
74.權(quán)利要求73的設(shè)備，其中所述直線導(dǎo)電帶的寬度dA和間隔開相鄰的直線導(dǎo)電帶的距離dB近似相等。
75.權(quán)利要求71的設(shè)備，其中所述直線導(dǎo)電帶的寬度dA與間隔開相鄰的直線導(dǎo)電帶的距離dB二者之中的每一個(gè)比起共面帶線的長度LCPS至少小一個(gè)量級(jí)。
76.權(quán)利要求75的設(shè)備，其中所述直線導(dǎo)電帶的寬度dA與間隔開相鄰的直線導(dǎo)電帶的距離dB近似相等。
77.權(quán)利要求59的設(shè)備，其中所述多個(gè)直線導(dǎo)電帶包括第一多個(gè)直線導(dǎo)電帶，其被布置在第二平面中；以及第二多個(gè)直線導(dǎo)電帶，其被布置在基本上平行于第一平面和第二平面的第三平面中。
78.權(quán)利要求77的設(shè)備，其中該第一平面位于第二平面與第三平面之間。
79.權(quán)利要求78的設(shè)備，其中所述第一多個(gè)直線導(dǎo)電帶和第二多個(gè)直線導(dǎo)電帶以交替方式排列，以使得第一、第二和第三平面的法線不同時(shí)穿過第一多個(gè)直線導(dǎo)電帶當(dāng)中的一個(gè)導(dǎo)電帶和第二多個(gè)直線導(dǎo)電帶當(dāng)中的一個(gè)導(dǎo)電帶。
80.權(quán)利要求77的設(shè)備，其中該第二平面位于第一平面與第三平面之間。
81.權(quán)利要求80的設(shè)備，其中所述第一多個(gè)直線導(dǎo)電帶和第二多個(gè)直線導(dǎo)電帶以交替方式排列，以使得第一、第二和第三平面的法線不同時(shí)穿過第一多個(gè)直線導(dǎo)電帶當(dāng)中的一個(gè)導(dǎo)電帶和第二多個(gè)直線導(dǎo)電帶當(dāng)中的一個(gè)導(dǎo)電帶。
82.權(quán)利要求77的設(shè)備，其中所述多個(gè)直線導(dǎo)電帶包括至少第三多個(gè)直線導(dǎo)電帶，其至少被布置在基本上平行于第一、第二和第三平面的第四平面中。
83.一種輸送至少一個(gè)差分信號(hào)的方法，包括以下步驟A)通過基本上沿第一方向取向并且被放置成靠近多個(gè)直線導(dǎo)電帶的共面帶線輸送至少一個(gè)差分信號(hào)，其中所述多個(gè)直線導(dǎo)電帶基本上互相平行，并基本上沿與第一方向垂直的第二方向取向。
84.權(quán)利要求83的方法，其中該共面帶線只包括用來輸送該至少一個(gè)差分信號(hào)的第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體，以及其中該方法還包括以下步驟B)將所述多個(gè)直線導(dǎo)電帶保持在相對于第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體的浮動(dòng)電位。
85.權(quán)利要求84的方法，其中該共面帶線與所述多個(gè)直線導(dǎo)電帶被布置在一個(gè)硅基片上，其中該共面帶線被配置成支持具有在從約1GHz到至少60GHz的范圍中的一個(gè)頻率的至少一個(gè)信號(hào)，其中該共面帶線和所述多個(gè)直線導(dǎo)電帶被安排成使得該設(shè)備對于在從約1GHz到至少60GHz的范圍中的至少一個(gè)頻率具有至少50的品質(zhì)因數(shù)Q，以及其中步驟A)包括以下步驟通過該共面帶線輸送具有在從約1GHz到至少60GHz的范圍中的一個(gè)頻率的至少一個(gè)差分信號(hào)。
86.權(quán)利要求85的方法，其中該共面帶線和所述多個(gè)直線導(dǎo)電帶被安排成使得該設(shè)備對于在從約10GHz到50GHz的范圍中的至少一個(gè)頻率具有至少70的品質(zhì)因數(shù)Q，以及其中步驟A)包括以下步驟通過該共面帶線輸送具有在從約10GHz到50GHz的范圍中的一個(gè)頻率的至少一個(gè)差分信號(hào)。
87.一種共面帶線器件，包括一個(gè)硅基片；基本上互相平行、被布置在該硅基片上面的第一平面中、并且基本上沿第一方向取向的第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體；以及被布置在該硅基片的上面的第二平面上的多個(gè)直線導(dǎo)電帶，所述多個(gè)直線導(dǎo)電帶基本上互相平行，并基本上沿與第一方向垂直的第二方向取向；以及至少一個(gè)電介質(zhì)材料，其被布置在至少第一平面與第二平面之間；其中該器件被配置成支持在第一和第二導(dǎo)體上的、具有在從約1GHz到至少60GHz的范圍中的一個(gè)頻率的至少一個(gè)信號(hào)，其中第一和第二導(dǎo)體與所述多個(gè)直線導(dǎo)電帶被安排成使得該設(shè)備對于在從約1GHz到至少60GHz的范圍中的至少一個(gè)頻率具有至少30的品質(zhì)因數(shù)Q。
88.權(quán)利要求87的方法，其中所述第一和第二導(dǎo)體與所述多個(gè)直線導(dǎo)電帶被安排成使得該設(shè)備對于在從約1GHz到約60GHz的范圍中的至少一個(gè)頻率具有至少50的品質(zhì)因數(shù)Q。
89.權(quán)利要求87的方法，其中所述第一和第二導(dǎo)體與所述多個(gè)直線導(dǎo)電帶被安排成使得該設(shè)備對于在從約1GHz到約60GHz的范圍中的至少一個(gè)頻率具有至少70的品質(zhì)因數(shù)Q。
全文摘要
用于實(shí)施包括使用共面帶線(CPS)的駐波振蕩器(SWO)的各種共面帶線(CPS)結(jié)構(gòu)的方法和設(shè)備。通過四分之一波長(λ/4)共面帶線駐波振蕩器(SWO)給出一個(gè)例子，而另一個(gè)實(shí)施方案利用閉環(huán)共面帶線結(jié)構(gòu)。在各方面，SWO被配置成通過合并大大增加振蕩器的品質(zhì)因數(shù)Q的各種特征而以低功率耗散使得高頻下的正弦性能最佳化。具體地，一方面，通過使用沿共面帶線的長度具有不同增益的多個(gè)放大器，依賴于幅度的定制的分布式放大方案被利用為模式控制技術(shù)。在另一方面，被配置成使得它的單位長度電阻R和單位長度電導(dǎo)G是沿共面帶線的位置的離散的或連續(xù)的函數(shù)的共面帶線被利用來減小SWO損耗。在另一方面，實(shí)現(xiàn)品質(zhì)因數(shù)Q的增強(qiáng)，同時(shí)減小在SWO中傳播的波的相位速度，由此易于制造相對較小的器件。在再一個(gè)方面，SWO被配置成具有同樣被優(yōu)化的頻率可調(diào)節(jié)能力，以便減小功率耗散而同時(shí)易于很大地調(diào)節(jié)振蕩器頻率。
文檔編號(hào)H01P7/08GK1856931SQ200480027593
公開日2006年11月1日 申請日期2004年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月23日
發(fā)明者D·韓, W·安德里斯, Y·劉 申請人:哈佛大學(xué)校長及研究員協(xié)會(huì)