專利名稱：一種用于毫米波通信的57GHz壓控振蕩器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及應(yīng)用于新一代超高速無線個(gè)域網(wǎng)WPAN(Wireless Personal Area Network)的60GHz毫米波技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于毫米波通信的57GHz壓控振蕩器。
背景技術(shù)：
60GHz毫米波無線通信以其高達(dá)4(ibpS的傳輸速率和5GHz的帶寬，成為下一代超高速無線個(gè)域網(wǎng)的首選技術(shù)，尤其在無壓縮高清視頻無線傳輸?shù)认M(fèi)類電子領(lǐng)域具有巨大的市場前景。60GHz技術(shù)已成為國際上的研究熱點(diǎn)，中國已經(jīng)開放了 59-64GHZ頻段。60GHz無線通信的優(yōu)點(diǎn)是能夠?qū)崿F(xiàn)高達(dá)(ibps量級的傳輸速率。該技術(shù)將成為超高速無線個(gè)域網(wǎng)的主流技術(shù)。目前NEC、三星、松下和LG等消費(fèi)類電子廠商共同成立了 WirelessHD聯(lián)盟來推動(dòng)60GHz技術(shù)在無壓縮高清視頻傳輸中的應(yīng)用，可見其巨大的市場潛力。目前國際上60GHz技術(shù)成為了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)，國際固態(tài)電路會議 (International Solid State Circuits Conference)每年開設(shè)專題收集 60GHz 技術(shù)相關(guān)的論文，60GHz毫米波電路設(shè)計(jì)、測試等諸多方面的難點(diǎn)受到廣泛關(guān)注。目前中國的60GHz 頻譜已經(jīng)開放，但是由于技術(shù)難度較大，針對該頻段的應(yīng)用研究相對較少，壓控振蕩器作為整個(gè)無線收發(fā)器的“心臟”，其性能指標(biāo)對于整體收發(fā)機(jī)的性能具有重要影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題是提供一種用于毫米波通信的57GHz壓控振蕩器，滿足 60GHz毫米波頻段兩次變頻無線收發(fā)機(jī)的需求，為毫米波無線收發(fā)機(jī)提供本振信號，從而完成信號的上變頻和下變頻，其頻率覆蓋范圍為56. 6-57. 3GHz。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種用于毫米波通信的57GHz壓控振蕩器，包括諧振回路，用于確定振蕩頻率；負(fù)阻產(chǎn)生電路，用于產(chǎn)生抵消諧振回路中的阻性成分；輸出匹配電路，用于將輸出阻抗匹配至50歐姆。上述方案中，所述諧振回路通過第一隔直電容與所述負(fù)阻產(chǎn)生電路相連接，所述負(fù)阻產(chǎn)生電路與所述輸出匹配電路通過第二隔直電容相連接，所述輸出匹配電路與50歐姆負(fù)載的一端相連接，所述50歐姆負(fù)載的另一端與地相連接。上述方案中，所述諧振回路包括第一 PHEMT晶體管、第一微帶傳輸線和第二微帶傳輸線；所述第一 PHEMT晶體管的源極和漏極短接，并與第一微帶傳輸線的一端相連，所述第一微帶傳輸線的另一端接-3. 3-3. OV可調(diào)直流電源；所述第一 pHEMT晶體管的柵極與第二微帶傳輸線的一段相連，所述第二微帶傳輸線的另一端接-3. 3-3. OV可調(diào)直流電源；所述第一 pHEMT晶體管的源極和漏極短接，并通過第一隔直電容與負(fù)阻產(chǎn)生電路相連接。
上述方案中，所述第一 pHEMT晶體管為一個(gè)柵長L為0. 15微米、柵寬W為80微米的二極管連接方式的PHEMT晶體管；所述第一微帶傳輸線和第二微帶傳輸線為寬度W為15微米、長度L為360微米的等效為電感的微帶傳輸線。上述方案中，所述負(fù)阻產(chǎn)生電路包括第二 pHEMT晶體管，所述第二 pHEMT晶體管的漏極連接第三微帶傳輸線的一端，所述第三微帶傳輸線的另一端與3. 3V的直流電源相連接；所述第二 PHEMT晶體管的漏極通過第二隔直電容與輸出匹配電路相連接；所述第二 PHEMT晶體管的源極連接第四微帶傳輸線的一端，所述第四微帶傳輸線的另一端與地相連； 所述第二 PHEMT晶體管的柵極與第五微帶傳輸線的一端相連，第五微帶傳輸線的另一端分別與第六微帶傳輸線的一端和第七微帶傳輸線的一端相連；所述第六微帶傳輸線的另一端與0. 3V直流電源相連，所述第七微帶傳輸線的另一端通過第一隔直電容與諧振回路相連。上述方案中，所述第二 pHEMT晶體管為柵長L為0. 15微米、柵寬W為100微米的晶體管；所述第三微帶傳輸線為一段寬度W為15微米、長度L為420微米的微帶傳輸線；所述第四微帶傳輸線為一段寬度W為40微米、長度L為410微米的微帶傳輸線；所述第五微帶傳輸線為一段寬度W為15微米、長度L為450微米的微帶傳輸線；所述第六微帶傳輸線為一段寬度W為15微米、長度L為430微米的微帶傳輸線；所述第七微帶傳輸線為一段寬度W為15微米、長度L為120微米的微帶傳輸線。上述方案中，所述輸出匹配電路包括第八微帶傳輸線、第九微帶傳輸線和第十微帶傳輸線；所述第八微帶傳輸線的一端通過第二隔直電容與負(fù)阻產(chǎn)生電路相連接，所述第八微帶傳輸線的另一端分別與第九微帶傳輸線的一端和第十微帶傳輸線的一端相連；所述第九微帶傳輸線的另一端懸空，所述第十微帶傳輸線的另一端與50歐姆負(fù)載相連。上述方案中，所述第八微帶傳輸線為一段寬度W為30微米、長度L為200微米的微帶傳輸線，所述第九微帶傳輸線為一段寬度W為40微米、長度L為250微米的微帶傳輸線，所述第十微帶傳輸線為一段寬度W為30微米、長度L為20微米的微帶傳輸線。上述方案中，所述第一隔直電容的電容量為3. 3pF，所述第二隔直電容的電容量為
0.18pF0與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用的技術(shù)方案產(chǎn)生的有益效果如下本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，諧振回路決定了輸出頻率的大小，負(fù)阻產(chǎn)生電路產(chǎn)生的負(fù)阻抵消了諧振回路的正阻從而產(chǎn)生諧振，輸出匹配電路實(shí)現(xiàn)了功率匹配，最終實(shí)現(xiàn)了 56. 6-57. 3GHz頻率范圍的信號輸出。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的用于毫米波通信的57GHz壓控振蕩器的電路原理圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)描述。如圖1所示，本發(fā)明提供一種用于毫米波通信的57GHz壓控振蕩器，包括諧振回路
1、負(fù)阻產(chǎn)生電路2以及輸出匹配電路3。諧振回路1用于確定振蕩頻率。諧振回路1包括一個(gè)柵長L為0. 15微米、柵寬 W為80微米的二極管連接方式的第一 pHEMT晶體管101以及寬度W為15微米、長度L為 360微米的等效為電感的第一微帶傳輸線102和第二微帶傳輸線103。第一 pHEMT晶體管 101的源極和漏極短接，并與第一微帶傳輸線102的一端相連，第一微帶傳輸線102的另一端接-3. 3-3. OV可調(diào)直流電源；第一 pHEMT晶體管101的柵極與第二微帶傳輸線103的一段相連，第二微帶傳輸線103的另一端接-3. 3-3. OV可調(diào)直流電源；第一 pHEMT晶體管101 的源極和漏極短接，并通過3. 3pF的第一隔直電容201與負(fù)阻產(chǎn)生電路2相連接。諧振回路1采用了源漏短接的第一 pHEMT晶體管101作為變?nèi)莨?，通過改變柵端和短接的源漏端電壓來改變其電容大小從而實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)諧，整個(gè)諧振回路采用了兩個(gè)1/4 波長線的微帶線作為電感，并在其兩端均加電壓來控制整個(gè)VCO的振蕩頻率，通過兩個(gè)電壓來控制變?nèi)莨艿碾娙菘梢栽黾悠湔{(diào)諧范圍，整個(gè)諧振回路相當(dāng)于并聯(lián)諧振，其中兩個(gè)調(diào)諧電壓的范圍均為-3. 3V至3. 3V。負(fù)阻產(chǎn)生電路2用于產(chǎn)生抵消諧振回路中的阻性成分。負(fù)阻產(chǎn)生電路2包括第二 pHEMT晶體管203，第二 pHEMT晶體管203的漏極連接第三微帶傳輸線204的一端，第三微帶傳輸線204的另一端與3. 3V的直流電源相連接。第二 pHEMT晶體管203的漏極通過 0. ISpF的第二隔直電容202與輸出匹配電路3相連接；第二 pHEMT晶體管203的源極連接第四微帶傳輸線205的一端，第四微帶傳輸線205的另一端與地相連；第二 pHEMT晶體管 203的柵極與第五微帶傳輸線206的一端相連，第五微帶傳輸線206的另一端分別與第六微帶傳輸線207的一端和第七微帶傳輸線208的一端相連。第六微帶傳輸線207的另一端與 0. 3V直流電源相連，第七微帶傳輸線208的另一端通過3. 3pF的第一隔直電容201與諧振回路1相連。第二 pHEMT晶體管203為柵長L為0. 15微米、柵寬W為100微米的晶體管；所述第三微帶傳輸線204為一段寬度W為15微米、長度L為420微米的微帶傳輸線；所述第四微帶傳輸線205為一段寬度W為40微米、長度L為410微米的微帶傳輸線；所述第五微帶傳輸線206為一段寬度W為15微米、長度L為450微米的微帶傳輸線；所述第六微帶傳輸線207為一段寬度W為15微米、長度L為430微米的微帶傳輸線；所述第七微帶傳輸線208 為一段寬度W為15微米、長度L為120微米的微帶傳輸線。負(fù)阻產(chǎn)生電路采用了第二 pHEMT晶體管203并在其柵極、源極和漏極均串聯(lián)微帶傳輸線的方式來產(chǎn)生負(fù)阻，其中源級所連接的第四微帶傳輸線205可以等效為電感器，從而產(chǎn)生了負(fù)反饋，在柵極和漏極均產(chǎn)生了負(fù)阻，其中第二pHEMT晶體管203的漏極需要3. 3V 供電，柵極需要0. 3V供電。負(fù)阻產(chǎn)生電路通過源級反饋在柵極的輸入端形成了一個(gè)負(fù)阻以抵消諧振回路中的電阻從而形成振蕩。輸出匹配電路3用于將輸出阻抗匹配至50歐姆。輸出匹配電路3包括第八微帶傳輸線301、第九微帶傳輸線302和第十微帶傳輸線303。第八微帶傳輸線301的一端通過 0. ISpF的第二隔直電容202與負(fù)阻產(chǎn)生電路2相連接。第八微帶傳輸線301的另一端分別與第九微帶傳輸線302的一端和第十微帶傳輸線303的一端相連；第九微帶傳輸線302的另一端懸空，第十微帶傳輸線303的另一端與50歐姆負(fù)載相連。第八微帶傳輸線301為一段寬度W為30微米、長度L為200微米的微帶傳輸線， 第九微帶傳輸線302為一段寬度W為40微米、長度L為250微米的微帶傳輸線，第十微帶傳輸線303為一段寬度W為30微米、長度L為20微米的微帶傳輸線。輸出匹配電路3采用了一個(gè)π形的輸出匹配網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，將第二 pHEMT晶體管203 輸出端的負(fù)阻阻抗轉(zhuǎn)化為50歐姆電阻，以實(shí)現(xiàn)輸出端口 50歐姆匹配，輸出匹配網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了輸出功率的最大傳輸。
以上諧振回路1、負(fù)阻產(chǎn)生電路2以及輸出匹配電路3共同組成了本發(fā)明提供的壓控振蕩器的總體結(jié)構(gòu)，諧振回路決定了輸出頻率的大小，負(fù)租產(chǎn)生電路產(chǎn)生的負(fù)租抵消了諧振回路的正阻從而產(chǎn)生諧振，輸出匹配電路實(shí)現(xiàn)了功率匹配，最終實(shí)現(xiàn)了 56. 6-57. 3GHz 頻率范圍的信號輸出。以上所述的具體實(shí)施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于毫米波通信的57GHz壓控振蕩器，其特征在于，包括諧振回路，用于確定振蕩頻率；負(fù)阻產(chǎn)生電路，用于產(chǎn)生抵消所述諧振回路中的阻性成分；輸出匹配電路，用于將輸出阻抗匹配至50歐姆。
2.如權(quán)利要求1所述的用于毫米波通信的57GHz壓控振蕩器，其特征在于所述諧振回路通過第一隔直電容與所述負(fù)阻產(chǎn)生電路相連接，所述負(fù)阻產(chǎn)生電路與所述輸出匹配電路通過第二隔直電容相連接，所述輸出匹配電路與50歐姆負(fù)載的一端相連接，所述50歐姆負(fù)載的另一端與地相連接。
3.如權(quán)利要求2所述的用于毫米波通信的57GHz壓控振蕩器，其特征在于所述諧振回路包括第一 PHEMT晶體管、第一微帶傳輸線和第二微帶傳輸線；所述第一 pHEMT晶體管的源極和漏極短接，并與第一微帶傳輸線的一端相連，所述第一微帶傳輸線的另一端接-3. 3-3. OV可調(diào)直流電源；所述第一pHEMT晶體管的柵極與第二微帶傳輸線的一端相連， 所述第二微帶傳輸線的另一端接-3. 3-3. OV可調(diào)直流電源；所述第一 pHEMT晶體管的源極和漏極短接，并通過第一隔直電容與負(fù)阻產(chǎn)生電路相連接。
4.如權(quán)利要求3所述的用于毫米波通信的57GHz壓控振蕩器，其特征在于所述第一 PHEMT晶體管為一個(gè)柵長L為0. 15微米、柵寬W為80微米的二極管連接方式的pHEMT晶體管；所述第一微帶傳輸線和第二微帶傳輸線為寬度W為15微米、長度L為360微米的等效為電感的微帶傳輸線。
5.如權(quán)利要求2所述的用于毫米波通信的57GHz壓控振蕩器，其特征在于所述負(fù)阻產(chǎn)生電路包括第二 pHEMT晶體管，所述第二 pHEMT晶體管的漏極連接第三微帶傳輸線的一端，所述第三微帶傳輸線的另一端與3. 3V的直流電源相連接；所述第二 pHEMT晶體管的漏極通過第二隔直電容與輸出匹配電路相連接；所述第二 PHEMT晶體管的源極連接第四微帶傳輸線的一端，所述第四微帶傳輸線的另一端與地相連；所述第二 PHEMT晶體管的柵極與第五微帶傳輸線的一端相連，第五微帶傳輸線的另一端分別與第六微帶傳輸線的一端和第七微帶傳輸線的一端相連；所述第六微帶傳輸線的另一端與0. 3V直流電源相連，所述第七微帶傳輸線的另一端通過第一隔直電容與諧振回路相連。
6.如權(quán)利要求5所述的用于毫米波通信的57GHz壓控振蕩器，其特征在于所述第二 PHEMT晶體管為柵長L為0. 15微米、柵寬W為100微米的晶體管；所述第三微帶傳輸線為寬度W為15微米、長度L為420微米的微帶傳輸線；所述第四微帶傳輸線為寬度W為40微米、長度L為410微米的微帶傳輸線；所述第五微帶傳輸線為寬度W為15微米、長度L為 450微米的微帶傳輸線；所述第六微帶傳輸線為寬度W為15微米、長度L為430微米的微帶傳輸線；所述第七微帶傳輸線為寬度W為15微米、長度L為120微米的微帶傳輸線。
7.如權(quán)利要求2所述的用于毫米波通信的57GHz壓控振蕩器，其特征在于所述輸出匹配電路包括第八微帶傳輸線、第九微帶傳輸線和第十微帶傳輸線；所述第八微帶傳輸線的一端通過第二隔直電容與負(fù)阻產(chǎn)生電路相連接，所述第八微帶傳輸線的另一端分別與第九微帶傳輸線的一端和第十微帶傳輸線的一端相連；所述第九微帶傳輸線的另一端懸空， 所述第十微帶傳輸線的另一端與50歐姆負(fù)載相連。
8.如權(quán)利要求7所述的用于毫米波通信的57GHz壓控振蕩器，其特征在于所述第八微帶傳輸線為一段寬度W為30微米、長度L為200微米的微帶傳輸線，所述第九微帶傳輸線為一段寬度W為40微米、長度L為250微米的微帶傳輸線，所述第十微帶傳輸線為一段寬度W為30微米、長度L為20微米的微帶傳輸線。
9.如權(quán)利要求2至7任一項(xiàng)所述的用于毫米波通信的57GHz壓控振蕩器，其特征在于 所述第一隔直電容的電容量為3. 3pF，所述第二隔直電容的電容量為0. 18pF。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于毫米波通信的57GHz壓控振蕩器，包括諧振回路，用于確定振蕩頻率；負(fù)阻產(chǎn)生電路，用于產(chǎn)生抵消諧振回路中的阻性成分；輸出匹配電路，用于將輸出阻抗匹配至50歐姆。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，諧振回路決定了輸出頻率的大小，負(fù)阻產(chǎn)生電路產(chǎn)生的負(fù)阻抵消了諧振回路的正阻從而產(chǎn)生諧振，輸出匹配電路實(shí)現(xiàn)了功率匹配，最終實(shí)現(xiàn)了56.6-57.3GHz頻率范圍的信號輸出，滿足60GHz毫米波頻段兩次變頻無線收發(fā)機(jī)的需求，為毫米波無線收發(fā)機(jī)提供本振信號，從而完成信號的上變頻和下變頻。
文檔編號H03B5/08GK102457226SQ20101051227
公開日2012年5月16日 申請日期2010年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月19日
發(fā)明者張海英, 李志強(qiáng), 楊浩 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所