一種寬鎖定范圍的注入鎖定分頻器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種寬鎖定范圍的注入鎖定分頻器，包括注入晶體管、第一電感電容振蕩器和第二電感電容振蕩器，第一電感電容振蕩器與第二電感電容振蕩器的同相輸出端短接；該注入晶體管的柵極接入直流電壓偏置和兩倍頻注入信號(hào)，該注入晶體管的源極和漏極分別連接于第一電感電容振蕩器與第二電感電容振蕩器的差分輸出端，實(shí)現(xiàn)二分頻功能。本發(fā)明通過將注入晶體管的源漏兩極分別接到兩個(gè)完全相同的電感電容振蕩器的差分輸出端，可以實(shí)現(xiàn)注入信號(hào)頻率為49～81GHz的寬鎖定范圍；通過調(diào)整注入晶體管的寬長比，可以有效實(shí)現(xiàn)寬鎖定頻率范圍的搬移。
【專利說明】一種寬鎖定范圍的注入鎖定分頻器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]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 AreaNetwork)的60GHz毫米波技術(shù)，尤其是一種寬鎖定范圍的注入鎖定分頻器，是60GHz毫米波無線收發(fā)機(jī)中的重要模塊電路。
【背景技術(shù)】
[0002]60GHz毫米波無線通信以其高達(dá)4Gbps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60GHz毫米波無線通信分為兩個(gè)頻段42.3-48.4GHz和59_64GHz頻段，目前兩個(gè)頻段都已經(jīng)開放。
[0003]60GHz無線通信的優(yōu)點(diǎn)是能夠?qū)崿F(xiàn)高達(dá)Gbps量級(jí)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(huì)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)用研究基本上處于空白。
[0004]分頻器是鎖相環(huán)電路的重要組成部分。在所有的鎖相環(huán)電路的模塊中，分頻器電路工作在最高頻率，使得分頻器的設(shè)計(jì)成為挑戰(zhàn)。注入鎖定分頻器適用于高頻范圍且低功耗，這是它具有相比其他分頻器的優(yōu)點(diǎn)，需要解決的問題是擴(kuò)大鎖定范圍。與工作在低頻頻段的分頻器相比，應(yīng)用于60GHz頻段的分頻器設(shè)計(jì)具有以下難點(diǎn):1、工作頻率高；2、要求寬鎖定范圍；3、要求低功耗；4、要求面積小。因此，寬鎖定范圍的分頻器的設(shè)計(jì)是當(dāng)前研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005](一 )要解決的技術(shù)問題
[0006]有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種寬鎖定范圍的注入鎖定分頻器，以擴(kuò)大分頻器的鎖定范圍，滿足適用于60GHz毫米波無線通信系統(tǒng)的要求。
[0007]( 二 )技術(shù)方案
[0008]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種寬鎖定范圍的注入鎖定分頻器，包括注入晶體管1、第一電感電容振蕩器2和第二電感電容振蕩器3,其中:第一電感電容振蕩器2與第二電感電容振蕩器3的同相輸出端短接；該注入晶體管I的柵極接入直流電壓偏置和兩倍頻注入信號(hào)，該注入晶體管I的源極和漏極分別連接于第一電感電容振蕩器2與第二電感電容振蕩器3的差分輸出端，實(shí)現(xiàn)二分頻功能。
[0009]上述方案中，所述第一電感電容振蕩器2和所述第二電感電容振蕩器3是完全相同的兩個(gè)電感電容振蕩器。[0010]上述方案中，所述第一電感電容振蕩器2與第二電感電容振蕩器3的同相輸出端短接，是第一電感電容振蕩器2的OUTP輸出端與第二電感電容振蕩器3的OUTP輸出端短接，第一電感電容振蕩器2的OUTN輸出端與第二電感電容振蕩器3的OUTN輸出端短接。
[0011]上述方案中，通過注入晶體管I的混頻作用，輸出信號(hào)頻率跟蹤注入信號(hào)頻率變化，實(shí)現(xiàn)注入信號(hào)頻率為49?81GHz的寬鎖定范圍，產(chǎn)生差分輸出信號(hào)。
[0012](三)有益效果
[0013]本發(fā)明提供的寬鎖定范圍的注入鎖定分頻器，通過將兩個(gè)完全相同的電感電容振蕩器的同相輸出端相接，注入晶體管的源極和漏極分別接在兩個(gè)振蕩器的差分輸出端，從而實(shí)現(xiàn)二分頻功能的新型注入鎖定分頻器結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了注入信號(hào)頻率為49?81GHz的寬鎖定范圍，能夠適用于60GHz毫米波無線通信系統(tǒng)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是傳統(tǒng)的注入鎖定分頻器的電路圖；
[0015]圖2是注入鎖定分頻器的行為級(jí)模型；
[0016]圖3是注入晶體管的模型；
[0017]圖4是本發(fā)明提供的寬鎖定范圍的注入鎖定分頻器的電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]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。
[0019]在傳統(tǒng)的注入鎖定分頻器中，如圖1所示，在交叉耦合對電感電容振蕩器的差分輸出端接入注入晶體管1，注入晶體管I的柵極接入直流電壓偏置和注入信號(hào)，振蕩器2的差分輸出端輸出差分信號(hào)OUTP和0UTN。
[0020]根據(jù)注入鎖定原理，注入晶體管相當(dāng)于混頻器，電感電容諧振電路相當(dāng)于濾波器。當(dāng)電感電容諧振電路的諧振頻率在Qci附近時(shí)，如果注入晶體管的柵極輸入信號(hào)頻率ω =2ω0,則注入晶體管作為混頻器產(chǎn)生的混頻積中將存在位于ω 0頻率處的混頻項(xiàng)。如果此時(shí)電路滿足巴克豪森判據(jù)所需要的相移量，那么該電路就能產(chǎn)生穩(wěn)定的振蕩輸出信號(hào)，輸出信號(hào)頻率為注入信號(hào)頻率的一半，從而實(shí)現(xiàn)二分頻功能。振蕩頻率將跟蹤輸入信號(hào)頻率的變化，在鎖定范圍內(nèi)始終保持二分頻關(guān)系。當(dāng)電路不再滿足巴克豪森判據(jù)所需的相移量時(shí)，則電路失去鎖定。
[0021]注入晶體管被看作是一個(gè)混頻器，電感電容諧振腔可以將混頻器輸出的電流轉(zhuǎn)換為分頻器的電壓輸出。注入鎖定分頻器的行為級(jí)模型如圖2所示。這樣混頻器在工作時(shí)會(huì)引入一個(gè)相移α，為保證環(huán)路能夠穩(wěn)定工作，諧振電路將會(huì)偏離原有的諧振點(diǎn)以引入另外一個(gè)相移β使得二者相加為零，α+β=0。
[0022]注入晶體管在直流和兩倍頻信號(hào)注入時(shí)具有不同的相位響應(yīng)。直流注入時(shí)混頻器不會(huì)引入相移，即α=0，分頻器電路會(huì)諧振在原有的頻率處；兩倍頻信號(hào)注入時(shí)，混頻器會(huì)
弓丨入相移α=-2φ，分頻器電路的諧振點(diǎn)會(huì)發(fā)生偏移，諧振電路引入相移β=2φ使得總相移
量為零。由于諧振電路能夠引入的相移是有限的，在保證環(huán)路穩(wěn)定的前提下，諧振點(diǎn)的頻率偏移也是有限的，限制了分頻器的鎖定范圍。注入晶體管的模型如圖3所示。[0023]如圖4所示，本發(fā)明提供了一種寬鎖定范圍的注入鎖定分頻器，包括注入晶體管
1、第一電感電容振蕩器2和第二電感電容振蕩器3,其中:第一電感電容振蕩器2與第二電感電容振蕩器3的同相輸出端短接；該注入晶體管I的柵極接入直流電壓偏置和兩倍頻注入信號(hào)，該注入晶體管I的源極和漏極分別連接于第一電感電容振蕩器2與第二電感電容振蕩器3的差分輸出端，實(shí)現(xiàn)二分頻功能。
[0024]圖4中，第一電感電容振蕩器2和第二電感電容振蕩器3是完全相同的兩個(gè)電感電容振蕩器。第一電感電容振蕩器2與第二電感電容振蕩器3的同相輸出端短接,是第一電感電容振蕩器2的OUTP輸出端與第二電感電容振蕩器3的OUTP輸出端短接，第一電感電容振蕩器2的OUTN輸出端與第二電感電容振蕩器3的OUTN輸出端短接。通過注入晶體管I的混頻作用，輸出信號(hào)頻率跟蹤注入信號(hào)頻率變化，實(shí)現(xiàn)注入信號(hào)頻率為49?81GHz的寬鎖定范圍，產(chǎn)生差分輸出信號(hào)。
[0025]在本發(fā)明提供的寬鎖定范圍的注入鎖定分頻器中，如圖4所示，采用兩個(gè)完全相同的電感電容振蕩器，它們各自的OUTP和OUTN輸出端短接在一起，注入晶體管的源極和漏極分別接在OUTP和OUTN輸出端，注入晶體管的柵極接入直流電壓偏置和兩倍頻注入信號(hào)。當(dāng)注入信號(hào)頻率在一定范圍內(nèi)時(shí)，振蕩器的輸出端輸出二分之一注入頻率的差分信號(hào)，電路實(shí)現(xiàn)二分頻功能。根據(jù)相移補(bǔ)償理論，由于采用了兩個(gè)完全相同的振蕩器，在兩倍頻信號(hào)
注入時(shí)，每個(gè)振蕩器只需要貢獻(xiàn)一半的相移φ，使得總相移量為2φ，補(bǔ)償了混頻器引入的
相移α=-2φ，使得整個(gè)環(huán)路的相移為O。這樣，在混頻器引入相移α?xí)r，諧振電路所能補(bǔ)償
的相移總量將會(huì)大大提高，從而使得分頻器的鎖定范圍大大提高。該分頻器實(shí)現(xiàn)了注入信號(hào)頻率范圍為49?81GHz的寬鎖定范圍。
[0026]本發(fā)明提供的寬鎖定范圍的注入鎖定分頻器，通過將注入晶體管的源漏兩極分別接到兩個(gè)完全相同的電感電容振蕩器的差分輸出端，可以實(shí)現(xiàn)注入信號(hào)頻率為49?81GHz的寬鎖定范圍；通過調(diào)整注入晶體管的寬長比，可以有效實(shí)現(xiàn)寬鎖定頻率范圍的搬移。該注入鎖定分頻器輸出兩路差分信號(hào)，可用作高頻鎖相環(huán)電路的分頻器。
[0027]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】
1.一種寬鎖定范圍的注入鎖定分頻器，包括注入晶體管(I)、第一電感電容振蕩器(2)和第二電感電容振蕩器(3)，其特征在于: 第一電感電容振蕩器⑵與第二電感電容振蕩器⑶的同相輸出端短接； 該注入晶體管(I)的柵極接入直流電壓偏置和兩倍頻注入信號(hào)，該注入晶體管(I)的源極和漏極分別連接于第一電感電容振蕩器(2)與第二電感電容振蕩器(3)的差分輸出端，實(shí)現(xiàn)二分頻功能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬鎖定范圍的注入鎖定分頻器，其特征在于，所述第一電感電容振蕩器(2)和所述第二電感電容振蕩器(3)是完全相同的兩個(gè)電感電容振蕩器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬鎖定范圍的注入鎖定分頻器，其特征在于，所述第一電感電容振蕩器⑵與第二電感電容振蕩器⑶的同相輸出端短接，是第一電感電容振蕩器(2)的OUTP輸出端與第二電感電容振蕩器(3)的OUTP輸出端短接，第一電感電容振蕩器(2)的OUTN輸出端與第二電感電容振蕩器(3)的OUTN輸出端短接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬鎖定范圍的注入鎖定分頻器，其特征在于，通過注入晶體管(I)的混頻作用，輸出信號(hào)頻率跟蹤注入信號(hào)頻率變化，實(shí)現(xiàn)注入信號(hào)頻率為49~81GHz的寬鎖定范圍，產(chǎn)生差分輸出信號(hào)。
【文檔編號(hào)】H03L7/18GK103607201SQ201310613156
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月27日
【發(fā)明者】劉昱, 張健, 樊曉華, 李志強(qiáng), 張海英 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所