專利名稱：高頻頻率源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路領(lǐng)域，尤其涉及一種能夠輸出毫米波至太赫茲頻率信號的高頻頻率源裝置。
背景技術(shù)：
工作頻率達(dá)到毫米波以及太赫茲的高頻頻率源的實(shí)現(xiàn)是本領(lǐng)域當(dāng)前的難題，由于三端口振蕩源本身的輸出功率和截止頻率的限制，目前多是采用二極管負(fù)阻器件實(shí)現(xiàn)高頻頻率源裝置，例如利用耿式(GUN) 二極管或者雪崩二極管(IMPATT)，配合諧振腔實(shí)現(xiàn)毫米波振蕩器，再通過倍頻獲得太赫茲振蕩。該方案的缺點(diǎn)在于由于二極管器件本身的特征導(dǎo)致基于二極管負(fù)阻結(jié)構(gòu)的高頻頻率源裝置噪聲性能差；采用分立的諧振腔體，體積大，可調(diào)諧性能差，對溫度、振動敏感；毫米波振蕩器難以實(shí)現(xiàn)高穩(wěn)定度鎖相，因此難以獲得高質(zhì)量的頻率源。高頻頻率源設(shè)計(jì)中，倍頻技術(shù)相對比較成熟，利用肖特基二極管，可以獲得高于 ITHz的諧波，但是高次倍頻需要以大功率低噪聲的低頻源為基礎(chǔ)，以抵消倍頻過程中不可避免的功率衰減和噪聲惡化，當(dāng)前采用二極管負(fù)阻器件的振蕩器方案不滿足這個(gè)要求。在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人意識到現(xiàn)有技術(shù)存在如下缺陷基于二極管負(fù)阻結(jié)構(gòu)的高頻頻率源裝置噪聲性能差。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中基于二極管負(fù)阻結(jié)構(gòu)的高頻頻率源裝置噪聲性能差的技術(shù)問題，而提出一種高頻頻率源裝置。( 二 )技術(shù)方案本發(fā)明的高頻頻率源裝置，包括單片氮化鎵高電子遷移率晶體管GaN HEMT微波振蕩器，用于產(chǎn)生高功率的微波振蕩信號；鎖相電路，用于接收微波振蕩信號，實(shí)現(xiàn)對單片 GaN HEMT微波振蕩器輸出的微波振蕩信號的鎖相；倍頻電路，用于接收單片GaN HEMT微波振蕩器產(chǎn)生的經(jīng)過鎖相的微波振蕩信號，并將微波振蕩信號倍頻到預(yù)設(shè)高頻頻率后輸出。優(yōu)選地，本技術(shù)方案中，鎖相電路包括預(yù)分頻器，用于接收微波振蕩信號，并對微波振蕩信號進(jìn)行預(yù)分頻；晶振參考源，用于生成參考頻率信號；微波鎖相環(huán)，用于將預(yù)分頻后的微波振蕩信號與參考頻率信號進(jìn)行比較，生成校準(zhǔn)電壓信號，并將校準(zhǔn)電壓信號發(fā)送至單片GaN HEMT微波振蕩器，實(shí)現(xiàn)對單片(iaN HEMT微波振蕩器產(chǎn)生的微波振蕩信號的鎖相。優(yōu)選地，本技術(shù)方案中，單片GaN HEMT微波振蕩器的輸出功率大于1W。單片GaN HEMT微波振蕩器的工作頻率在X波段。當(dāng)預(yù)設(shè)高頻頻率在毫米波段時(shí)，肖特基二極管倍頻電路采用砷化鎵GaAs肖特基二極管實(shí)現(xiàn)；當(dāng)預(yù)設(shè)高頻頻率在太赫茲波段時(shí)，肖特基二極管倍頻電路采用磷化銦^P肖特基二極管實(shí)現(xiàn)。
(三)有益效果GaN HEMT器件具有截止頻率高、輸出功率大的優(yōu)點(diǎn)，將其應(yīng)用于高頻頻率源，能夠滿足大功率微波壓控振蕩器設(shè)計(jì)的需求，并易于實(shí)現(xiàn)鎖相。本發(fā)明提出的利用單片GaN HEMT微波振蕩器的高頻頻率源裝置解決了現(xiàn)有技術(shù)中基于二極管負(fù)阻結(jié)構(gòu)的高頻頻率源裝置噪聲性能差的技術(shù)問題，具有低噪聲的優(yōu)點(diǎn)。


圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例一高頻頻率源裝置的示意圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例二高頻頻率源裝置的示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。實(shí)施例一圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例一高頻頻率源裝置的示意圖。如圖1所示，本發(fā)明公開的高頻頻率源裝置包括單片GaN HEMT微波振蕩器10，用于產(chǎn)生高功率的微波振蕩信號； 鎖相電路20，與單片GaN HEMT微波振蕩器10相連，用于接收所述微波振蕩信號，實(shí)現(xiàn)對單片GaN HEMT微波振蕩器10輸出的微波振蕩信號的鎖相；倍頻電路30，與單片GaN HEMT微波振蕩器10相連，用于接收單片GaN HEMT微波振蕩器產(chǎn)生的經(jīng)過鎖相的微波振蕩信號，并將微波振蕩信號倍頻到預(yù)設(shè)高頻頻率后輸出。現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)的三端口振蕩源，由于其輸出功率低，從而難以通過高次倍頻獲得高頻頻率源。而GaN HEMT器件是典型的高功率半導(dǎo)體器件，具有高輸出功率，高擊穿電壓，高工作溫度，大工作電流的優(yōu)勢，并且其截止頻率可達(dá)100GHz，器件的柵源和柵漏的電容具有壓控變?nèi)萏匦?，因此能夠滿足大功率微波壓控振蕩器設(shè)計(jì)的需求，并易于實(shí)現(xiàn)鎖相。 并且利用單片高功率GaN振蕩器，在獲得大功率高質(zhì)量頻譜輸出的同時(shí)，可以有效降低系統(tǒng)體積，提高可靠和穩(wěn)定性性。本實(shí)施例中，單片GaN HEMT微波振蕩器10的工作頻率選擇在X波段，采用GaN HEMT工藝實(shí)現(xiàn)的單片振蕩電路，并可以集成預(yù)分頻器，該頻段通過本實(shí)施例易于實(shí)現(xiàn)鎖相。 同時(shí)，單片GaN HEMT微波振蕩器能夠在該頻段實(shí)現(xiàn)較大的功率輸出，振蕩器的輸出功率可以達(dá)到IW以上。本實(shí)施例提出的利用單片GaN HEMT微波振蕩器的高頻頻率源裝置解決了現(xiàn)有技術(shù)中基于二極管負(fù)阻結(jié)構(gòu)的高頻頻率源裝置噪聲性能差的技術(shù)問題，具有低噪聲、可調(diào)諧性能高、穩(wěn)定性能好的優(yōu)點(diǎn)。實(shí)施例二圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例二高頻頻率源裝置的示意圖。如圖2所示，鎖相電路20 包括預(yù)分頻器203、晶振參考源201、微波鎖相環(huán)202。其中，預(yù)分頻器203，與單片GaN HEMT 微波振蕩器10相連，用于接收微波振蕩信號，并對微波振蕩信號進(jìn)行預(yù)分頻；晶振參考源 201，用于生成參考頻率信號；微波鎖相環(huán)202，與預(yù)分頻器203和晶振參考源201相連，用于將預(yù)分頻后的微波振蕩信號與參考頻率信號進(jìn)行比較，生成校準(zhǔn)電壓信號，并將校準(zhǔn)電壓信號發(fā)送至單片GaN HEMT微波振蕩器10，實(shí)現(xiàn)對單片GaN HEMT微波振蕩器10的鎖相。本實(shí)施例所涉及的子電路或模塊的具體形式和指標(biāo)可以根據(jù)需求靈活的設(shè)計(jì)或者選擇，優(yōu)選的微波鎖相環(huán)202可以采用低成本的商用集成鎖相環(huán)，由于工作頻率較低，有多種型號可供本領(lǐng)域技術(shù)人員方便的選擇，如ADI公司就提供工作于數(shù)GHz的產(chǎn)品。預(yù)分頻器203采用商品化的集成預(yù)分頻器，例如Hittite公司等提供的相應(yīng)產(chǎn)品； 也可以在電路設(shè)計(jì)的過程中直接與X波段單片GaN HEMT微波振蕩器10集成于同一片集成電路中。預(yù)分頻器203的分頻數(shù)選擇2-4倍，配合可編程分頻的微波鎖相環(huán)202，其中鎖相環(huán)分頻比可在幾十至幾百選擇，可以實(shí)現(xiàn)幾十MHz晶振對X波段單片GaN HEMT微波振蕩器 10的鎖相。倍頻電路30可以采用GaAs肖特基二極管或者M(jìn)P肖特基二極管實(shí)現(xiàn)。當(dāng)要求的信號頻率相對較低，例如毫米波頻段時(shí)，可以選擇GaAs肖特基二極管實(shí)現(xiàn)；當(dāng)要求的信號頻率高達(dá)THz時(shí)，可以選擇hP肖特基二極管。本實(shí)施例提出了一種高頻頻率源裝置，利用肖特基二極管對鎖相的GaN基微波壓控高功率振蕩器的輸出信號進(jìn)行高次倍頻，獲取毫米波到太赫茲的高頻輸出。以上的具體實(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
1.一種高頻頻率源裝置，其特征在于，包括單片氮化鎵高電子遷移率晶體管GaN HEMT微波振蕩器，用于產(chǎn)生高功率的微波振蕩信號；鎖相電路，用于接收所述微波振蕩信號，實(shí)現(xiàn)對所述單片GaN HEMT微波振蕩器輸出的微波振蕩信號的鎖相；倍頻電路，用于接收所述單片GaN HEMT微波振蕩器產(chǎn)生的經(jīng)過所述鎖相的微波振蕩信號，并將所述微波振蕩信號倍頻到預(yù)設(shè)高頻頻率后輸出。
2.根據(jù)所述權(quán)利要求1所述的高頻頻率源裝置，其特征在于所述鎖相電路包括預(yù)分頻器，用于接收所述微波振蕩信號，并對所述微波振蕩信號進(jìn)行預(yù)分頻；晶振參考源，用于生成參考頻率信號；微波鎖相環(huán)，用于將所述預(yù)分頻后的微波振蕩信號與所述參考頻率信號進(jìn)行比較，生成校準(zhǔn)電壓信號，并將所述校準(zhǔn)電壓信號發(fā)送至所述單片GaN HEMT微波振蕩器，實(shí)現(xiàn)對所述單片GaN HEMT微波振蕩器產(chǎn)生的微波振蕩信號的鎖相。
3.根據(jù)所述權(quán)利要求2所述的高頻頻率源裝置，其特征在于，所述單片GaNHEMT微波振蕩器的輸出功率大于1W。
4.根據(jù)所述權(quán)利要求3述的高頻頻率源裝置，其特征在于，所述單片GaNHEMT微波振蕩器的工作頻率在X波段。
5.根據(jù)所述權(quán)利要求2所述的高頻頻率源裝置，其特征在于所述倍頻電路為肖特基二極管倍頻電路。
6.根據(jù)所述權(quán)利要求5所述的高頻頻率源裝置，其特征在于當(dāng)所述預(yù)設(shè)高頻頻率在毫米波段時(shí)，所述肖特基二極管倍頻電路采用砷化鎵GaAs肖特基二極管實(shí)現(xiàn)；當(dāng)所述預(yù)設(shè)高頻頻率在太赫茲波段時(shí)，所述肖特基二極管倍頻電路采用磷化銦^P肖特基二極管實(shí)現(xiàn)。
7.根據(jù)所述權(quán)利要求2所述的高頻頻率源裝置，其特征在于所述預(yù)分頻器的分頻數(shù)為2至4倍。
8.根據(jù)所述權(quán)利要求7所述的高頻頻率源裝置，其特征在于所述晶振參考源的頻率介于IOMHz至IOOMHz之間。
9.根據(jù)所述權(quán)利要求7所述的高頻頻率源裝置，其特征在于所述微波鎖相環(huán)為可編程分頻的集成鎖相環(huán)，可通過編程實(shí)現(xiàn)鎖相環(huán)分頻比設(shè)置于10至300之間。
10.根據(jù)所述權(quán)利要求1所述的高頻頻率源裝置，其特征在于，所述單片GaNHEMT微波振蕩器包括預(yù)分頻器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高頻頻率源裝置。該高頻頻率源裝置包括單片GaN HEMT微波振蕩器，用于產(chǎn)生高功率的微波振蕩信號；鎖相電路，用于接收微波振蕩信號，實(shí)現(xiàn)對單片GaN HEMT微波振蕩器輸出的微波振蕩信號的鎖相；倍頻電路，用于接收單片GaN HEMT微波振蕩器產(chǎn)生的經(jīng)過鎖相的微波振蕩信號，并將微波振蕩信號倍頻到預(yù)設(shè)高頻頻率后輸出。本發(fā)明高頻頻率源裝置克服了現(xiàn)有技術(shù)中基于二極管負(fù)阻結(jié)構(gòu)的高頻頻率源裝置噪聲性能差的缺陷，具有低噪聲、可調(diào)諧性能高、穩(wěn)定性能好的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號H03L7/26GK102468851SQ20101054442
公開日2012年5月23日 申請日期2010年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月12日
發(fā)明者劉新宇, 劉洪剛, 吳旦昱, 王顯泰 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所