專利名稱：Cmos太赫茲正交諧波振蕩信號的產(chǎn)生方法及電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于太赫茲波(Terahertz-wave)通信技術(shù)領(lǐng)域,具體講,涉及CMOS太赫茲正交諧波振蕩信號的產(chǎn)生方法及電路。
背景技術(shù)：
隨著科技的進(jìn)步，電磁頻譜的各個波段都逐漸被利用了起來。近年來，太赫茲波段由于其顯著的優(yōu)點，成為科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)的熱門研究對象。太赫茲波的頻率范圍為300GHz-3THz,波長為0.1mm-1mm0太赫茲波介于微波毫米波和紅外之間，處于宏觀理論向微觀量子理論的過渡區(qū)，電子學(xué)和光子學(xué)的交叉區(qū)域，特殊的位置決定了其具有同其他波段不同的特殊性質(zhì)。太赫茲波的頻帶寬度是微波的1000倍，是很好的寬帶信息載體，特別適合寬帶無線移動通信，太赫茲波在星際空間，由于頻帶寬，方向性好，散射小，高頻數(shù)據(jù)流可以提供lOGB/s的無線傳輸速率，可以提高星間信息交換速度。太赫茲具有可用頻譜范圍較寬、通信容量大、安全保密好、傳輸質(zhì)量高和全天候通信等優(yōu)點，因此，人們對太赫茲領(lǐng)域進(jìn)行不斷的探索，希望將其應(yīng)用到醫(yī)療、遠(yuǎn)程探測、航空航天、軍事防御等各個領(lǐng)域。由于技術(shù)問題，太赫茲頻段相較于其他頻段，被人們探索研究的比較少。傳統(tǒng)的CMOS器件受截止頻率的限制，太赫茲器件大多是采用非硅材料來制作，但是采用非硅材料制作的太赫茲波器件存在顯著的缺點，比如都是分立元件；集成度低；造價與硅材料相比較高；體積龐大。這些缺點都限制了太赫茲元件的廣泛應(yīng)用。CMOS工藝的不斷進(jìn)步，尺寸不斷縮小，大大提高了有源器件的截止頻率，這使得高集成度、低成本的太赫茲波集成電路成為可能。用CMOS工藝實現(xiàn)太赫茲電路依然會面臨很多的挑戰(zhàn):首先是器件頻率的限制。工藝線寬所限制的截止頻率是阻礙電路頻率提高的很大因素。所以只能尋求新的電路結(jié)構(gòu)來提高頻率。CMOS器件受截止頻率的限制其工作頻率達(dá)不到太赫茲頻段，目前，用CMOS產(chǎn)生太赫茲振蕩信號的方法都是使用諧波技術(shù)，用諧波技術(shù)產(chǎn)生2次諧波4次諧波和6次諧波的頻率源已有研究[1，2]，但是還沒有用CMOS電路產(chǎn)生正交的諧波振蕩信號的報道。正交振蕩信號是正交頻分技術(shù)復(fù)用的基礎(chǔ)信號，正交頻分技術(shù)的優(yōu)點是使用一種帶寬的信道可以傳輸自身帶寬兩倍的信號，可以增大信道容量，是一種非常有用的通信技術(shù)，廣泛應(yīng)用于通信領(lǐng)域，如移動通信，衛(wèi)星通信和光纖通信中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，實現(xiàn)正交的諧波振蕩信號輸出，有效的提高輸出信號的頻率和功率，為此，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，CMOS太赫茲正交諧波振蕩信號的產(chǎn)生電路，由一詞相連的多項振蕩器，整流器，疊加器和濾波器組成，多項振蕩器用于產(chǎn)生特定的間隔相同相位的振蕩信號；整流器，用于將振蕩器所產(chǎn)生的等相位間隔振蕩信號濾去下半波，只留下上半波；疊加電路用于將通過整流之后相位差為180°的兩路振蕩信號疊加在一起；濾波器，用于濾除其他諧波成分。
多項振蕩器為八相位振蕩器，是由四個完全相同的負(fù)阻振蕩單元交叉耦合而成，每個負(fù)阻振蕩單元由7個MOSFET構(gòu)成，本電路中所有PMOS的襯底接電源，所有NMOS的襯底接地。第I個PMOS的源極接電源，第I個PMOS的柵極接偏置電壓，第I個PMOS的漏極接第2個、第3個PMOS的源極；第2個PMOS的柵極接第3個PMOS的漏極，第3個PMOS的柵極接第2個PMOS的漏極，第2個和第3個PMOS的漏極之間設(shè)置一個電感；第4個NMOS的漏極接第2個PMOS的漏極，第5個NMOS的漏極接第3個PMOS的漏極，第4個NMOS的柵極接第5個NMOS的源極，第5個NMOS的柵極接第4個NMOS的源極；第4個NMOS的源極接第6個NMOS的漏極，第5個NMOS的源極接第7個NMOS的漏極，第6個、第7個NMOS的源極共同接地。
CMOS太赫茲正交諧波振蕩信號的產(chǎn)生方法，包括下列步驟:
采用多相振蕩器產(chǎn)生八個相位彼此相差π/4，即:
a = sin ω t b = sin (ω t+ π /4) c = sin (ω t+ π /2) d = sin (ω t+3 π /4)
e = sin (ω t+ π ) f = sin (ω t+5 π /4) g = sin (ω t+3 π/2) h = sin (ω t+7 π/4)
整流疊加之后，A= a+e, B = b+f, C = c+g, D = d+h ；
權(quán)利要求
1.一種CMOS太赫茲正交諧波振蕩信號的產(chǎn)生電路，其特征是，由依次相連的多項振蕩器，整流器，疊加器和濾波器組成，多項振蕩器用于產(chǎn)生特定的間隔相同相位的振蕩信號；整流器，用于將振蕩器所產(chǎn)生的等相位間隔振蕩信號濾去下半波，只留下上半波；疊加電路用于將通過整流之后相位差為180°的兩路振蕩信號疊加在一起；濾波器，用于濾除其他諧波成分。
2.如權(quán)利要求1所述的CMOS太赫茲正交諧波振蕩信號的產(chǎn)生電路，其特征是，多項振蕩器為八相位振蕩器，是由四個完全相同的負(fù)阻振蕩單元交叉耦合而成，多項振蕩器為八相位振蕩器，是由四個完全相同的負(fù)阻振蕩單元交叉耦合而成，每個負(fù)阻振蕩單元由7個MOSFET構(gòu)成，本電路中所有PMOS的襯底接電源，所有NMOS的襯底接地。第I個PMOS的源極接電源，第I個PMOS的柵極接偏置電壓，第I個PMOS的漏極接第2個、第3個PMOS的源極；第2個PMOS的柵極接第3個PMOS的漏極，第3個PMOS的柵極接第2個PMOS的漏極，第2個和第3個PMOS的漏極之間設(shè)置一個電感；第4個NMOS的漏極接第2個PMOS的漏極，第5個NMOS的漏極接第3個PMOS的漏極，第4個NMOS的柵極接第5個NMOS的源極，第5個NMOS的柵極接第4個NMOS的源極；第4個NMOS的源極接第6個NMOS的漏極，第5個NMOS的源極接第7個NMOS的漏極，第6個、第7個NMOS的源極共同接地。
3.—種CMOS太赫茲正交諧波振蕩信號的產(chǎn)生方法，其特征是，包括下列步驟: 采用多相振蕩器產(chǎn)生八個相位彼此相差n/4，即:
4.如權(quán)利要求3所述的CMOS太赫茲正交諧波振蕩信號的產(chǎn)生方法，其特征是，八個相位彼此相差η/4的振蕩信號的產(chǎn)生是借用八相位振蕩器實現(xiàn)，八相位振蕩器是由四個完全相同的負(fù)阻振蕩單元交叉耦合而成，四個固定振蕩頻率的振蕩器，其輸出端信號耦合到輸入端，mn是耦合系數(shù)，Gn是振蕩器的開環(huán)增益，振蕩器的振蕩頻率是ω 0, X、Y、Z、W是相位形式的振蕩器輸出，得到下面的式子X = (m4W+X) G1(J-O) 0)Y= (HI^Y)G2(Jq0)Z = (m2Y+Z) GA') W = (-m3Z+ff) G4 (Jo0) j是復(fù)數(shù)虛部的單位，因為四個振蕩器是完全相同的，所以G1=G2=G3=G4=G' 由此可以進(jìn)一步得到式子:
全文摘要
本發(fā)明屬于太赫茲波(Terahertz-wave)通信技術(shù)領(lǐng)域，為實現(xiàn)正交的諧波振蕩信號輸出，有效的提高輸出信號的頻率和功率，為此，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，CMOS太赫茲正交諧波振蕩信號的產(chǎn)生電路，由一詞相連的多項振蕩器，整流器，疊加器和濾波器組成，多項振蕩器用于產(chǎn)生特定的間隔相同相位的振蕩信號；整流器，用于將振蕩器所產(chǎn)生的等相位間隔振蕩信號濾去下半波，只留下上半波；疊加電路用于將通過整流之后相位差為180°的兩路振蕩信號疊加在一起；濾波器，用于濾除其他諧波成分。本發(fā)明主要應(yīng)用于太赫茲波(Terahertz-wave)通信。
文檔編號H03K3/02GK103236827SQ20131009483
公開日2013年8月7日 申請日期2013年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月22日
發(fā)明者毛陸虹, 閆冬 申請人:天津大學(xué)