專利名稱：一種太赫茲硅基四倍頻器及多倍頻器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于射頻/毫米波/太赫茲集成電路技術(shù)領(lǐng)域，尤其是提供一種太赫茲硅 基四倍頻器及多倍頻器。
背景技術(shù)：
太赫茲無(wú)線電波是頻率為0. ITHz IOTHz范圍內(nèi)的無(wú)線電波，ITHz等于 IOOOGHz0太赫茲技術(shù)既是微波技術(shù)向高頻的拓展，也是紅外技術(shù)向低頻的拓展，在當(dāng)前微 波技術(shù)和紅外技術(shù)發(fā)展較為成熟的情況，太赫茲技術(shù)處于一個(gè)相對(duì)空白的有待探索的領(lǐng) 域。太赫茲技術(shù)可以應(yīng)用于成像、安全檢測(cè)、醫(yī)療探測(cè)、超高速通信、生物及軍事等領(lǐng)域，因 此具有很大的應(yīng)用價(jià)值和開(kāi)發(fā)價(jià)值。如何產(chǎn)生太赫茲信號(hào)源是當(dāng)前太赫茲技術(shù)應(yīng)用的最大障礙，如果可以基于硅基工 藝(如BiCMOS/CMOS工藝等)實(shí)現(xiàn)太赫茲信號(hào)源，那么就有望在集成電路中實(shí)現(xiàn)太赫茲系 統(tǒng)，從而打開(kāi)太赫茲應(yīng)用的大門(mén)。當(dāng)前，有效的產(chǎn)生太赫茲信號(hào)源的方法非常有限，一種傳 統(tǒng)方法是，利用耿氏二極管(Gurm Diode)實(shí)現(xiàn)的振蕩器，可以產(chǎn)生太赫茲信號(hào)源，如文獻(xiàn) F. Amir,C. Mitchell,and Missous,"Development of Advanced Gunn Diodes and Schottky Multipliers forHigh Power THz sources”，IEEE ASDAM，pp. 29-32，Oct. 2010 闡述了基于 耿氏二極管實(shí)現(xiàn)的一種太赫茲信號(hào)源；另一種傳統(tǒng)的方法是通過(guò)遠(yuǎn)紅外激光來(lái)產(chǎn)生太赫茲 信號(hào)源。然而這些傳統(tǒng)方法，所需要的設(shè)備復(fù)雜、系統(tǒng)龐大，雖然可以應(yīng)用于科學(xué)研究等領(lǐng) 域，但是很難推廣到實(shí)際應(yīng)用中去。這兩年，人們逐漸開(kāi)展在硅基固態(tài)電路上實(shí)現(xiàn)太赫茲源的研究，如果可以在硅基 集成電路上實(shí)現(xiàn)有效的太赫茲源，那么太赫茲系統(tǒng)就可以用硅基集成電路的方式實(shí)現(xiàn)，這 具有系統(tǒng)尺寸小、成本低、功耗低、應(yīng)用簡(jiǎn)單、易于便攜等優(yōu)點(diǎn)。目前，在硅基集成電路中實(shí) 現(xiàn)太赫茲信號(hào)源的主流方法是通過(guò)倍頻器將較低頻率基頻信號(hào)(多)倍頻至較高的頻率， 從而可以獲得超越器件截至頻率的太赫茲信號(hào)。如文獻(xiàn)Eunyoung Seok, Changhua Cao, Dongha Shim, Daniel J. Arenas, David B. Tanner, Chin-Ming Hung, and Kenneth K. 0, "A 410GHz CMOSPush-Push Oscillator with an On-Chip Patch Antenna”， IEEE ISSCC, pp. 472-473，F(xiàn)eb. 2008闡述了一種利用互推機(jī)制(Push-Push)將VCO輸出頻率倍頻輸出， 達(dá)到提高輸出頻率(2倍頻)的作用，如圖1所示。目前，現(xiàn)有的文獻(xiàn)和專利所涉及到的硅基倍頻器技術(shù)，往往只能應(yīng)用在較低頻率， 很難應(yīng)用到亞太赫茲/太赫茲的頻率范圍，而且倍頻的倍數(shù)都較低，大多數(shù)是2倍頻；因此， 這些方案和技術(shù)很難在硅基集成電路中實(shí)現(xiàn)太赫茲信號(hào)源。而少有的幾篇文獻(xiàn)雖然報(bào)道了 亞太赫茲倍頻技術(shù)，但是他們也存在倍頻倍數(shù)低、輸出信號(hào)幅度小、功耗高等缺點(diǎn)，無(wú)法真 正應(yīng)用于硅基太赫茲集成電路系統(tǒng)中去。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的提供一種新型的適用于太赫茲的硅基四倍頻器及多倍頻器。具有輸出頻率極高(太赫茲)、倍頻倍數(shù)大、可在硅基BiCMOS/CMOS工藝上單片集成、功耗低、輸出 信號(hào)強(qiáng)、輸出頻譜純、諧波抑制好的特點(diǎn)。本發(fā)明的上述目的是通過(guò)如下的技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的一種太赫茲硅基四倍頻器，其特征在于包括晶體管Ml、M2，傳輸線Li、L2、L-I ；所 述晶體管Ml的漏端經(jīng)所述傳輸線Ll連接至輸出端口，所述晶體管M2的漏端經(jīng)所述傳輸線 L2連接至所述輸出端口，所述傳輸線L-I連接于所述輸出端口與電源VDD之間，所述晶體 管M1、M2的源端相連并與地線連接，所述晶體管M1、M2的柵端分別與輸入基頻信號(hào)f；的I 路信號(hào)、Q路信號(hào)輸入端連接；其中，所述傳輸線L1、L2的長(zhǎng)度為2 信號(hào)所對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的1/4 長(zhǎng)度，所述傳輸線L-I的長(zhǎng)度為信號(hào)所對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的1/4長(zhǎng)度。進(jìn)一步的，所述晶體管Ml、M2組成的偽差分放大器的偏置狀態(tài)為Class-B狀態(tài)或 Class-AB 狀態(tài)。進(jìn)一步的，所述傳輸線為延遲線。進(jìn)一步的，所述基頻信號(hào)L為四相VC0、或RC多相濾波器、或LC多相濾波器、或延 遲線產(chǎn)生的信號(hào)。一種太赫茲硅基四倍頻器，其特征在于包括三極管Ml、M2，傳輸線Li、L2、L-I ；所 述三極管Ml的集電極經(jīng)所述傳輸線Ll連接至輸出端口，所述三極管M2的集電極經(jīng)所述傳 輸線L2連接至所述輸出端口，所述傳輸線L-I連接于所述輸出端口與電源VDD之間，所述 三極管M1、M2的發(fā)射極相連并與地線連接，所述三極管M1、M2的基極分別與輸入基頻信號(hào) f0的I路信號(hào)、Q路信號(hào)輸入端連接；其中，所述傳輸線Li、L2的長(zhǎng)度為信號(hào)所對(duì)應(yīng)波 長(zhǎng)的1/4長(zhǎng)度，所述傳輸線L-I的長(zhǎng)度為信號(hào)所對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的1/4長(zhǎng)度。進(jìn)一步的，所述三極管Ml、M2組成的偽差分放大器的偏置狀態(tài)為Class-B狀態(tài)或 Class-AB 狀態(tài)。進(jìn)一步的，所述傳輸線為延遲線。進(jìn)一步的，所述基頻信號(hào)fQ為四相VC0、或RC多相濾波器、或LC多相濾波器、或延 遲線產(chǎn)生的信號(hào)。一種多倍頻器，其特征在于包括2n倍頻器l、2n倍頻器2、傳輸線L ；所述2n倍頻器 1與所述2n倍頻器2的輸出端口相連作為2n+1倍頻器的輸出端口，所述傳輸線L連接于所 述2n+1倍頻器輸出端口與電源VDD之間；所述傳輸線L的長(zhǎng)度為211+ 所對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的1/4長(zhǎng) 度，f0為輸入基頻信號(hào)，η為大于1的自然數(shù)；其中，η取任一值時(shí)，均滿足所述2η倍頻器1中不同所述四倍頻器的I路信號(hào)相 位、Q路信號(hào)相位均為相差360° /2η的等差數(shù)列，且同一所述四倍頻器I路信號(hào)、Q路信 號(hào)之間相位相差90° ；所述2η倍頻器2中不同所述四倍頻器的I路信號(hào)相位、Q路信號(hào)相 位均為相差360° /2η的等差數(shù)列，且同一所述四倍頻器I路信號(hào)、Q路信號(hào)之間相位相差 90° ；同時(shí)所述2η倍頻器1的I路信號(hào)最小相位與所述2η倍頻器2的I路信號(hào)最小相位相 差360° /2η+1、所述2η倍頻器1的Q路信號(hào)最小相位與所述2η倍頻器2的Q路信號(hào)最小相 位相差 360° /2η+1。進(jìn)一步的，所述2η倍頻器1的I路信號(hào)最小相位為0° ；所述2η倍頻器1的Q路 信號(hào)最小相位為90°。本發(fā)明一種新型的四倍頻器，其結(jié)構(gòu)如圖2所示
(1)包括晶體管M1/M2，以及三個(gè)傳輸線L1/L2/L-1 (以橫電磁TEM模的方式傳送 電能或電信號(hào)的導(dǎo)波結(jié)構(gòu)叫做傳輸線，其橫向尺寸遠(yuǎn)小于工作波長(zhǎng)，芯片上的傳輸線的主 要結(jié)構(gòu)有共面波導(dǎo)CPW、接地共面波導(dǎo)GCPW、微帶線Microstrip、慢波傳輸線SWTL等)；
(2) Ml的柵端為I-IN端(I路輸入端)，M2的柵端為Q-IN端⑴路輸入端)，M1/M2 的源端相連并連接至地GND;(3)輸入基頻信號(hào)fQ的I路信號(hào)(相位為O度)輸入至上述的I-IN端，輸入基頻 信號(hào)f。的Q路信號(hào)(相位為90度)輸入至上述的Q-IN端；(4)Ml的漏端與傳輸線Ll相串聯(lián)，M2的漏端與傳輸線L2相串聯(lián)，L1、L2的長(zhǎng)度為 2f0信號(hào)所對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的1/4長(zhǎng)度(1/4 λ i2f0)；(5)L1/L2的另一端相連至OUT端(四倍頻器的輸出端口 ) ；OUT端與電源電壓VDD 之間串聯(lián)傳輸線L-l，L-I的長(zhǎng)度為信號(hào)所對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的1/4長(zhǎng)度(1/4 λ (Mftl)；(6)最終OUT端將輸出四倍頻信號(hào)4f0。本發(fā)明一種新型的八倍頻器，其結(jié)構(gòu)如圖3所示(1)包括兩個(gè)上述的四倍頻器“四倍頻器-1”和“四倍頻器_2”，以及傳輸線L-2 ；(2) “四倍頻器-1 ”的I-IN端為I-IN-I端，“四倍頻器_1 ”的Q-IN端為Q-IN-I 端；“四倍頻器_2”的I-IN端為I-IN-2端，“四倍頻器-2”的Q-IN端為Q-IN-2端；(3)相位為0度的基頻信號(hào)&輸入至I-IN-I端，相位為90度的基頻信號(hào)&輸入 至Q-IN-I端；相位為45度的基頻信號(hào)&輸入至I-IN-2端，相位為135度的基頻信號(hào)fQ輸 入至Q-IN-2端；(4) “四倍頻器-1”的VDD端和“四倍頻器-2”的VDD端相連接至八倍頻器的OUT 端；八倍頻器的OUT端與八倍頻器的電源電壓VDD之間串聯(lián)傳輸線L4 ；L4的長(zhǎng)度為Sftl信 號(hào)所對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的1/4長(zhǎng)度(1/4 λ OSftl)；(5)最終八倍頻器的OUT端輸出八倍頻信號(hào)8f。。一種16、32、. . . 2n+1(n = 2，3，...)、...倍頻器，其結(jié)構(gòu)與上述四倍頻器、八倍頻器 原理相似，通過(guò)兩個(gè)2η倍頻器可以組成一個(gè)2η+1倍頻器，以此類推，如圖4所示的16倍頻器 原理圖。下面就一個(gè)2η+1倍頻器為例，說(shuō)明其結(jié)構(gòu)(1)包括兩個(gè)2η倍頻器“2η倍頻器-1”和“2η倍頻器-2”，以及傳輸線L- ‘η-Γ;(2) “2η 倍頻器-1” 的 I-IN-i 端(i = 1，2，…2n_2)為 2n+1 倍頻器的 I_IN_i 端； “2n倍頻器-2”的I-IN-i端為2_倍頻器的I-IN- ‘i+2n_2端；“2n倍頻器-1”的Q_IN_i端 (i = 1,2, ... 2n_2)為2n+1倍頻器的Q-IN-i端；“2n倍頻器-2”的Q_IN_i端為2n+1倍頻器 的 Q-IN- ‘i+2n_2，端；(3)相位為0度的基頻信號(hào)&輸入至I-IN-I端；相位為45度的基頻信號(hào)&輸入 至I-IN-2端；相位為22. 5度的基頻信號(hào)&輸入至I-IN-3端，相位為67. 5度的基頻信號(hào) fQ輸入至I-IN-4端；...以此類推；(4)輸入至Q-IN-i端的基頻信號(hào)&的相位比輸入至I-IN-i端的基頻信號(hào)fQ的 相位大90度；(5) "2n倍頻器-1 ”的VDD端和“2n倍頻器_2”的VDD端相連接至2n+1倍頻器的 OUT端；2n+1倍頻器的OUT端與2n+1倍頻器的VDD端之間串聯(lián)傳輸線L- ‘η_Γ ;L_ ‘η_Γ的長(zhǎng)度為所對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的1/4長(zhǎng)度(1/4 λ i2n+1f0)；(6)最終2n+1倍頻器的OUT端輸出2n+1倍頻信號(hào)2n+1f0。本發(fā)明原理以四倍頻器為例，闡述本發(fā)明的原理(如圖2所示)(a)晶體管M1/M2組成的偽差分放大器偏置在Class-B/Class-AB狀態(tài)，具有強(qiáng)烈 的非線性，因此對(duì)于相位為φ的基頻輸入信號(hào)&而言，輸出信號(hào)頻譜中會(huì)有強(qiáng)烈的二階非線 性項(xiàng)，即頻率為的倍頻信號(hào)，且相位為2φ;以及四階非線性項(xiàng)，即頻率為的倍頻信號(hào)， 且相位為4φ;以及η階非線性項(xiàng)，即頻率為Iiftl的倍頻信號(hào)，且相位為ηφ;(b)由于I-IN端的輸入基頻信號(hào)的相位為0度，Q-IN端的輸入基頻信號(hào)的相位為 90度；根據(jù)(a)所述的原理，I點(diǎn)處泄露的基頻信號(hào)&的相位為0度，倍頻信號(hào)的相位 為0度，四倍頻信號(hào)的相位為0度；Q點(diǎn)處泄露的基頻信號(hào)&的相位為90度，倍頻信號(hào) 2f0的相位為180度，四倍頻信號(hào)的相位為360度(0度)；I/Q兩點(diǎn)處的倍頻信號(hào)大 小相等、符號(hào)相反，I/Q兩點(diǎn)處的四倍頻信號(hào)大小相等、符號(hào)相同；(c)對(duì)于倍頻信號(hào)，由于I/Q兩點(diǎn)處的倍頻信號(hào)大小相等、符號(hào)相反，即 為差分信號(hào)，因此OUT端可以看成是虛地點(diǎn)(對(duì)于倍頻信號(hào)而言)；L1/L2的長(zhǎng)度為 1/4 λ @2&，即對(duì)倍頻信號(hào)表現(xiàn)為無(wú)窮大阻抗(在不考慮寄生效應(yīng)的前提下。對(duì)于實(shí)際 電路而言，L1/L2的長(zhǎng)度應(yīng)當(dāng)小于1/4 λ i2f0)，因此在I/Q兩點(diǎn)信號(hào)被諧振放大；由于 I/Q兩點(diǎn)處信號(hào)的差分特性，當(dāng)它們泄露至OUT端時(shí)，會(huì)被相互抵消；(d)對(duì)于四倍頻信號(hào)4fQ，L1/L2的長(zhǎng)度為1/2 λ i4f0( = 1/4 λ i2f0)(在不考慮寄 生效應(yīng)的前提下。對(duì)于實(shí)際電路而言，L1/L2的長(zhǎng)度應(yīng)當(dāng)小于1/4 X(^ftl)，即對(duì)于4fJ言號(hào) 表現(xiàn)為零歐姆電阻，因此I/Q兩點(diǎn)處的信號(hào)會(huì)傳輸至OUT端；(e)由于I/Q兩點(diǎn)處的4fQ信號(hào)大小相等，符號(hào)相同，因此在OUT端4fQ信號(hào)是相 互加強(qiáng)的；(f)對(duì)于四倍頻信號(hào)4f。，L-I的長(zhǎng)度為1/4 λ i4f0,即對(duì)于4fQ信號(hào)表現(xiàn)為無(wú)窮大 阻抗，因此，在OUT端信號(hào)會(huì)被諧振放大。(g)最終在OUT端獲得四倍頻信號(hào)4f0。以八倍頻器為例，闡述本發(fā)明的原理(如圖3所示)(a)由于I-IN-I端的輸入基頻信號(hào)的相位為0度，Q_IN_1端的輸入基頻信號(hào)的相 位為90度；根據(jù)所述的四倍頻器原理，OUTl點(diǎn)處四倍頻信號(hào)的相位為0度，八倍頻信 號(hào)Sftl的相位為0度；(b)由于I-IN-2端的輸入基頻信號(hào)的相位為45度，Q-IN-2端的輸入基頻信號(hào)的 相位為135度；根據(jù)所述的四倍頻器原理，OUTl點(diǎn)處四倍頻信號(hào)的相位為180度，八倍 頻信號(hào)Sftl的相位為0度；(c)對(duì)于信號(hào)而言，0UT1/0UT2兩點(diǎn)處的信號(hào)大小相等，符號(hào)相反，它們泄 露至OUT端時(shí)會(huì)相互抵消；(d)對(duì)于Sftl信號(hào)而言，“四倍頻器-1，，中的L-I與“四倍頻器-2”中的L-I長(zhǎng)度 均為1/2 λ i8f0 ( = 1/4 λ (Mftl)，即對(duì)于8fQ信號(hào)而言表現(xiàn)為零歐姆電阻，因此0UT1/0UT2兩 點(diǎn)處的Sftl信號(hào)會(huì)傳輸至OUT端；(e)由于0UT1/0UT2兩點(diǎn)處的Sftl信號(hào)大小相等，符號(hào)相同，它們傳輸至OUT端后是相互加強(qiáng)的；(f)對(duì)于八倍頻信號(hào)Sftl，L-2的長(zhǎng)度為1/4 λ i8f0,即對(duì)于Sftl信號(hào)表現(xiàn)為無(wú)窮大 阻抗，因此，在OUT端Sftl信號(hào)會(huì)被諧振放大。(g)最終在OUT端獲得八倍頻信號(hào)Sf0。其它16、32、...2n+1(n = 1，2，3，...)、...倍頻器的發(fā)明原理類似上述原理。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是(1)輸出頻率極高、倍頻倍數(shù)大本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)4倍頻、8倍頻、乃至更高倍數(shù)的 倍頻，因此具有很高的倍頻倍數(shù)，從而可以適用于太赫茲頻率；(2)功耗低由于工作在Class-B或Class-AB狀態(tài)，因此偏置電流低，電路的整體 功耗很小，非常適用于對(duì)低功耗要求高的系統(tǒng)，如移動(dòng)終端系統(tǒng)等；(3)倍頻輸出信號(hào)頻譜純、諧波抑制好與傳統(tǒng)倍頻器技術(shù)相比，基頻泄露信號(hào)被 消除、各階諧波信號(hào)也被抑制，因此輸出信號(hào)質(zhì)量高、頻譜純，可以作為優(yōu)質(zhì)的信號(hào)源提供 給系統(tǒng)使用，如作為本振信號(hào)提供給接收機(jī)/發(fā)射機(jī)中的混頻器使用等；(4)可以在硅基工藝上單芯片集成，如硅基CMOS工藝、BiCMOS工藝、HBT工藝等； 可以作為一個(gè)模塊與其它電路和系統(tǒng)集成在單一芯片上，極大地提高了系統(tǒng)的集成度；


圖1現(xiàn)有的一種利用互推機(jī)制(Push-Push)的VCO示意圖；圖2是本發(fā)明所述的一種新型的四倍頻器原理圖和電路示意圖；圖3是本發(fā)明所述的一種新型的八倍頻器原理圖和電路示意圖；圖4是本發(fā)明所述的一種新型的十六倍頻器原理圖和電路示意圖；圖5是本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式
示意圖；圖6是本發(fā)明所述的三極管四倍頻器原理圖和電路示意圖。
具體實(shí)施例方式為了對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，現(xiàn)舉一個(gè)四倍頻器的具體實(shí)施例圖5給出了一個(gè)四倍頻器的具體實(shí)施例，包括本發(fā)明所述的四倍頻器和I/Q基頻
信號(hào)&產(chǎn)生器。所述的“I/Q基頻信號(hào)&產(chǎn)生器”產(chǎn)生I/Q基頻信號(hào)&，其中I-IN端口輸出I路 基頻信號(hào)fo，相位為ο度，與所述四倍頻器的I-IN端相連；Q-IN端口輸出Q路基頻信號(hào)fQ， 相位為90度，與所述四倍頻器的Q-IN端相連。所述的“I/Q基頻信號(hào)fQ產(chǎn)生器”可以通過(guò)以下方法(但不局限于)來(lái)實(shí)現(xiàn) Quadrature VCO(四相 VC0)、RC poly-phase filter (RC 多相濾波器)、LC poly-phase filter (LC 多相濾波器)、delay line (延遲線)、coupler 等。上述實(shí)施案例提供了一種四倍頻器技術(shù)及電路，利用本發(fā)明的原理，也可以實(shí)現(xiàn) 8、16、2η+1(π= 1，2，3，···)、···倍頻器技術(shù)及電路。上述實(shí)施案例提供了基于CMOS工藝下的MOS晶體管實(shí)現(xiàn)的一種多倍頻器技術(shù)及 電路，與之對(duì)應(yīng)，也可以基于BiCMOS/HBT等工藝下的BJT管實(shí)現(xiàn)多倍頻器技術(shù)及電路，其中 以四倍頻器為例，由三極管Ql、Q2和傳輸線構(gòu)成的四倍頻器如圖6所示，其中三極管Ql代替圖5中的MOS管Ml，三極管Q2代替圖5中的MOS管M2，Ql的基極為I-IN端(I路輸入 端)，Q2的基極為Q-IN端⑴路輸入端)，M1/M2的發(fā)射機(jī)相連并連接至地GND ；Ql的集電 極與傳輸線Ll相串聯(lián)，Q2的集電極與傳輸線L2相串聯(lián)，L1、L2的長(zhǎng)度為2fQ信號(hào)所對(duì)應(yīng)波 長(zhǎng)的1/4長(zhǎng)度(1/4λ@2 ·。)；其它均與圖5相同 以上通過(guò)詳細(xì)實(shí)施案例描述了本發(fā)明所提供的一種適用于太赫茲的多倍頻器技 術(shù)及集成電路，該發(fā)明顯然也可以適用于毫米波、射頻等較低頻率范圍，本領(lǐng)域究人員和技 術(shù)人員可以根據(jù)上述的步驟作出形式或內(nèi)容方面的非實(shí)質(zhì)性的改變而不偏離本發(fā)明實(shí)質(zhì) 保護(hù)的范圍，因此，本發(fā)明不局限于實(shí)施例中所公開(kāi)的內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種太赫茲硅基四倍頻器，其特征在于包括晶體管M1、M2，傳輸線L1、L2、L-1 ；所述 晶體管Ml的漏端經(jīng)所述傳輸線Ll連接至輸出端口，所述晶體管M2的漏端經(jīng)所述傳輸線 L2連接至所述輸出端口，所述傳輸線L-I連接于所述輸出端口與電源VDD之間，所述晶體 管M1、M2的源端相連并與地線連接，所述晶體管M1、M2的柵端分別與輸入基頻信號(hào)f；的I 路信號(hào)、Q路信號(hào)輸入端連接；其中，所述傳輸線L1、L2的長(zhǎng)度為2 信號(hào)所對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的1/4 長(zhǎng)度，所述傳輸線L-I的長(zhǎng)度為信號(hào)所對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的1/4長(zhǎng)度。
2.如權(quán)利要求1所述的四倍頻器，其特征在于所述晶體管M1、M2組成的偽差分放大器 的偏置狀態(tài)為Class-B狀態(tài)或Class-AB狀態(tài)。
3.如權(quán)利要求2所述的四倍頻器，其特征在于所述傳輸線為延遲線。
4.如權(quán)利要求3所述的四倍頻器，其特征在于所述基頻信號(hào)&為四相VC0、或RC多相 濾波器、或LC多相濾波器、或延遲線產(chǎn)生的信號(hào)。
5.一種太赫茲硅基四倍頻器，其特征在于包括三極管M1、M2，傳輸線L1、L2、L-1 ；所述 三極管Ml的集電極經(jīng)所述傳輸線Ll連接至輸出端口，所述三極管M2的集電極經(jīng)所述傳輸 線L2連接至所述輸出端口，所述傳輸線L-I連接于所述輸出端口與電源VDD之間，所述三 極管M1、M2的發(fā)射極相連并與地線連接，所述三極管M1、M2的基極分別與輸入基頻信號(hào)fQ 的I路信號(hào)、Q路信號(hào)輸入端連接；其中，所述傳輸線Li、L2的長(zhǎng)度為2 信號(hào)所對(duì)應(yīng)波長(zhǎng) 的1/4長(zhǎng)度，所述傳輸線L-I的長(zhǎng)度為4 信號(hào)所對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的1/4長(zhǎng)度。
6.如權(quán)利要求5所述的四倍頻器，其特征在于所述三極管M1、M2組成的偽差分放大器 的偏置狀態(tài)為Class-B狀態(tài)或Class-AB狀態(tài)。
7.如權(quán)利要求6所述的四倍頻器，其特征在于所述傳輸線為延遲線。
8.如權(quán)利要求7所述的四倍頻器，其特征在于所述基頻信號(hào)&為四相VC0、或RC多相 濾波器、或LC多相濾波器、或延遲線產(chǎn)生的信號(hào)。
9.一種基于權(quán)利要求1 8任一所述四倍頻器的多倍頻器，其特征在于包括2n倍頻器 l、2n倍頻器2、傳輸線L ；所述2n倍頻器1與所述2n倍頻器2的輸出端口相連作為2n+1倍頻 器的輸出端口，所述傳輸線L連接于所述2n+1倍頻器輸出端口與電源VDD之間；所述傳輸線 L的長(zhǎng)度為2n+%所對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的1/4長(zhǎng)度，f0為輸入基頻信號(hào)，η為大于1的自然數(shù)；其中，η取任一值時(shí)，均滿足所述2η倍頻器1中不同所述四倍頻器的I路信號(hào)相位、Q 路信號(hào)相位均為相差360° /2η的等差數(shù)列，且同一所述四倍頻器I路信號(hào)、Q路信號(hào)之間 相位相差90° ；所述2η倍頻器2中不同所述四倍頻器的I路信號(hào)相位、Q路信號(hào)相位均為 相差360° /2η的等差數(shù)列，且同一所述四倍頻器I路信號(hào)、Q路信號(hào)之間相位相差90° ； 同時(shí)所述2η倍頻器1的I路信號(hào)最小相位與所述2η倍頻器2的I路信號(hào)最小相位相差 360° /2η+1、所述2η倍頻器1的Q路信號(hào)最小相位與所述2η倍頻器2的Q路信號(hào)最小相位 相差 360° /2η+1。
10.如權(quán)利要求9所述的多倍頻器，其特征在于所述2η倍頻器1的I路信號(hào)最小相位 為0° ；所述2η倍頻器1的Q路信號(hào)最小相位為90°。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種太赫茲硅基四倍頻器及多倍頻器，屬于射頻集成電路領(lǐng)域。四倍頻器包括晶體管M1、M2，傳輸線L1、L2、L-1；M1、M2的漏端分別經(jīng)L1、L2連接至輸出端口，源端與地線連接，柵端分別與基頻信號(hào)f0的I、Q路信號(hào)輸入端連接；L-1連接于輸出端口與電源之間；L1、L2為2f0信號(hào)所對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的1/4長(zhǎng)度，L-1為4f0信號(hào)所對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的1/4長(zhǎng)度。多倍頻器包括2n倍頻器1、2n倍頻器2、傳輸線L；2n倍頻器1與2n倍頻器2的輸出端口相連作為2n+1倍頻器的輸出端口，L連接于2n+1倍頻器輸出端口與電源之間；L為2n+1f0所對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的1/4長(zhǎng)度。本發(fā)明輸出頻率高、頻譜純、功耗低、易于集成。
文檔編號(hào)H03B19/14GK102104363SQ20111004976
公開(kāi)日2011年6月22日 申請(qǐng)日期2011年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月1日
發(fā)明者葉樂(lè), 廖懷林, 王逸瀟, 黃如 申請(qǐng)人:北京大學(xué)