用于倍頻器的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】按照實施例，倍頻電路包括被耦合到倍頻電路的輸入端口的差分晶體管對、其輸入被耦合到差分晶體管對的輸出的第一差分共源共柵級、耦合在差分晶體管對的輸出和第一差分共源共柵級的輸入之間的多個第一阻抗元件，和耦合在第一差分共源共柵級和倍頻電路的輸出端口之間的輸出組合網(wǎng)絡(luò)。
【專利說明】用于倍頻器的系統(tǒng)和方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明大體上涉及半導(dǎo)體電路和方法，并且尤其涉及用于倍頻器的系統(tǒng)和方法。

【背景技術(shù)】
[0002]由于像硅鍺(SiGe)的低成本的半導(dǎo)體技術(shù)以及精細(xì)幾何互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)工藝的快速進步，在過去幾年中，在毫米波頻范圍中的應(yīng)用已經(jīng)得到顯著的關(guān)注。高速雙極和MOS晶體管的可用性已經(jīng)產(chǎn)生更多的對在60GHz、77GHz、和80GHz以及超過10GHz的毫米波應(yīng)用的集成電路的需要。這些應(yīng)用包括例如自動雷達和多千兆位通信系統(tǒng)。
[0003]隨著RF系統(tǒng)的工作頻率繼續(xù)增加，在這些高頻率下的信號的生成提出主要的挑戰(zhàn)。在高頻下工作的振蕩器在一些系統(tǒng)中可能遭受差的相噪聲性能和低輸出功率。此外，在這樣的高頻下用于鎖相環(huán)(PLL)中的分頻器可能消耗大量功率。
[0004]應(yīng)對生成高頻信號的挑戰(zhàn)的一種方式是通過使用倍頻器。例如，與倍頻器結(jié)合的電壓控制振蕩器(VCO)可以被用于生成高頻信號。通過使VCO在輸出頻率的一半下工作，使得系統(tǒng)能夠生成高頻信號，與被配置為在全輸出頻率下工作的VCO相比，該高頻信號具有更好的相位噪聲和更高的輸出功率。然而，在毫米波頻率下的頻率倍增器的設(shè)計提出其自己的一組設(shè)計挑戰(zhàn)，包括提供高輸出功率的能力和摒棄基本輸入頻率的能力。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]按照實施例，倍頻電路包括被耦合到倍頻電路的輸入端口的差分晶體管對、具有耦合到差分晶體管對的輸出的輸入的第一差分共源共柵級、耦合在差分晶體管對的輸出和第一差分共源共柵級的輸入之合的多個第一阻抗元件和耦合在第一差分共源共柵級和倍頻電路的輸出端口之間的輸出組合網(wǎng)絡(luò)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]為了更完全的理解本發(fā)明及其優(yōu)點，現(xiàn)在結(jié)合附圖參考下列描述，其中:
[0007]圖1說明了一般的倍頻器的方框圖；
[0008]圖2a_2b說明了實施例倍頻器電路的示意圖；
[0009]圖3說明了實施例LO緩沖器電路的示意圖；
[0010]圖4a_e說明了實施例倍頻器的性能比較圖；
[0011]圖5說明了實施例方法的方框圖；和
[0012]圖6說明了倍頻器的共源共柵級的另外的實施例。
[0013]除非另外指示，不同圖中的相應(yīng)數(shù)字和符號大體指代相應(yīng)零件。附圖被畫出以清楚說明優(yōu)選實施例的相關(guān)方面，并且不必按比例繪制。為了更清楚地說明某些實施例，指示相同結(jié)構(gòu)、材料或過程步驟的變型的字母可以跟著附圖號改變。

【具體實施方式】
[0014]下面詳細(xì)討論本優(yōu)選方案的制造和使用。然而，應(yīng)該理解，本發(fā)明提供了許多適合的發(fā)明概念，這些概念能夠在各種具體背景中實現(xiàn)。所討論的具體實施例僅僅說明制造和使用本發(fā)明的具體方式，而不限制本發(fā)明的保護范圍。
[0015]本發(fā)明將參考在具體背景(即倍頻電路)中的優(yōu)選實施例描述。然而，本發(fā)明也可以被應(yīng)用于針對高頻RF通信系統(tǒng)的其他類型的電路、系統(tǒng)和方法。
[0016]通過將差分輸入對經(jīng)由傳輸線元件與共源共柵級耦合以便提供峰值，并且將共源共柵級的輸出與諧波濾波器耦合，本發(fā)明的實施例實施了倍頻電路。該共源共柵結(jié)構(gòu)可以用于獲得高轉(zhuǎn)換增益和輸出功率，并且在差分輸入對和共源共柵級之間使用傳輸線元件則提高了在輸入頻率的第二諧波處的輸出功率和增益。該輸出濾波器可以被形成作為共振網(wǎng)絡(luò)，以增強在第二諧波處的輸出功率，并且其提供了對基本輸入信號的強烈摒棄。
[0017]實施例倍頻電路可以在各種背景中使用。例如，實施例倍頻器可以在RF信號發(fā)生器的發(fā)射器內(nèi)部被用作與電壓控制振蕩器(VCO)結(jié)合的本地振蕩器(LO)信號源，或者作為外部信號源。實施例倍頻電路也可以在RF收發(fā)器電路的實施中使用。例如，倍頻器可以用作用于發(fā)射器的LO信號源，以及用作用于接收器中的混合器的LO源和/或外部信號源。
[0018]圖1說明了實例系統(tǒng)的方框圖，該實例系統(tǒng)可以被用于使輸入信號的頻率加倍。頻率fQ的輸入信號102被耦合到乘法網(wǎng)絡(luò)104的輸入，該乘法網(wǎng)絡(luò)104產(chǎn)生頻率2fQ的輸出信號106。乘法網(wǎng)絡(luò)104可以以任何數(shù)目的方式實施。在其最基本的水平上，乘法網(wǎng)絡(luò)104引入二次非線性，其產(chǎn)生輸入頻率的兩倍的諧波。例如，使用非線性半導(dǎo)體器件，諸如二極管，可以產(chǎn)生這樣的二次非線性。在其他常規(guī)方法中，使用諸如Gilbert混合器的模擬乘法器電路可以產(chǎn)生這個二次非線性，特別是平方項(即，X2)，其中輸入信號被耦合到兩個輸入端口。盡管這些常規(guī)解決方法在較低的頻率下提供了可接受的性能，但是隨著輸入頻率向毫米波范圍增大，維持性能呈現(xiàn)出各種挑戰(zhàn)。這樣的挑戰(zhàn)包括信號衰減，信號衰減在某種程度上由在較高頻率下變得更加突出的器件寄生現(xiàn)象和過程變化引起。
[0019]圖2a說明了根據(jù)本發(fā)明的實施例的倍頻器電路200，其包括共源共柵核232、諧波濾波器234、輸入耦合網(wǎng)絡(luò)254和偏置網(wǎng)絡(luò)256。平衡轉(zhuǎn)換器202和LO緩沖器204被示出將信號源258耦合到輸入耦合網(wǎng)絡(luò)254，然而應(yīng)該清楚，實施例倍頻器可以以不同的方式耦合到各種類型的信號源。在實施例中，信號源258提供輸入頻率&，并且倍頻器電路200在輸出端口 RFOUT提供頻率的信號。
[0020]共源共柵核232包括由晶體管218和220組成的差分輸入對，其集電極被耦合到包括晶體管228和230的共源共柵級的發(fā)射極。在實施例中，共源共柵晶體管228和230被用偏壓VBIASC偏置，并且被去耦合以經(jīng)由電容器226接地。例如，可以使用雙極結(jié)型晶體管(BJT)或場效應(yīng)晶體管來實施晶體管218、220、228和230，其中場效應(yīng)晶體管諸如金屬氧化物場效應(yīng)晶體管(MOSFET )、結(jié)型場效應(yīng)晶體(JFET )及其他類型晶體管。在所說明的實施例中，使用配置在共基極配置中的BJT晶體管228和230來實施共源共柵級。然而，應(yīng)該理解，在使用場效應(yīng)晶體管的實施例中，該共源共柵級可以使用在共柵極配置中的MOSFET或JFET來實施，或者使用等價配置中的其他類型器件來實施。差分輸入對和共源共柵級之間的級間匹配是由傳輸線元件222和224提供的，該傳輸線元件222和224可以用于提高由共源共柵核232提供的增益和輸出功率，該共源共柵核232經(jīng)由偏置網(wǎng)絡(luò)256被耦合接地，該偏置網(wǎng)絡(luò)256包括電阻器216和可選的傳輸線兀件214。在實施例中，傳輸線兀件214是以輸入頻率的兩倍的四分之一波傳輸線；然而，也可以使用其他長度的傳輸線元件。
[0021]諧波濾波器234包括無源元件250、252、236、238、240、255、242，并且用于兩個主要目的，也就是摒棄在頻率fo的基波并增強在負(fù)載259的第二諧波輸出功率。例如，諧波濾波器234可以被示為電路，該電路將在頻率&的基波信號分流，并且將在的第二諧波信號有效地傳遞到負(fù)載250。分別被耦合到晶體管228和230的集電極的傳輸線元件250和252可以通過在晶體管228和230的集電極共振出寄生電容，而增強該系統(tǒng)的增益。然后，使用無源元件238、240、255、242和244使該電路與該輸出匹配。在一些實施例中，傳輸線元件250和252大約是在基波頻率的四分之一波長，以便提供良好的對基波頻率的摒棄。在其他實施例中，傳輸線250和252可以被設(shè)計為與諧波濾波器234的共振網(wǎng)絡(luò)的其它無源元件結(jié)合而在第二諧波實現(xiàn)最大輸出功率，并且實現(xiàn)最大基波摒棄。應(yīng)該理解，隨著工作頻率變得更低，用于基波頻率的四分之一波長線的長度變得更大。
[0022]傳輸線236將DC偏置電流提供給共源共柵核232，并且可以被配置為在輸出頻率2f0下的四分之一波長，以便提供高輸出信號。此外，傳輸線兀件238、255和244與電容器240和242 —起形成對端口 RFOUT的匹配網(wǎng)絡(luò)，以便為負(fù)載259提供匹配。
[0023]輸入耦合網(wǎng)絡(luò)254包括AC耦合電容器206和208和傳輸線元件210和212。在一個實施例中，傳輸線元件210和212被配置為在輸入頻率&的四分之一波傳輸線，并且被用于為晶體管218和220的基極提供DC偏置電壓VBIASIN。
[0024]在實施例中，倍頻器電路200在集成電路上實施，并且被配置為在假定輸入信號源258為60GHz輸出信號時提供120GHz輸出信號。在這個實例實施例中，每個傳輸線元件是具有5 μ m的頂金屬層和15 μ m寬的接地的底金屬層的線。輸入網(wǎng)絡(luò)254內(nèi)部的傳輸線元件210和212每個都具有大約630 μ m的長度，偏置網(wǎng)絡(luò)256內(nèi)部的傳輸線214具有大約65 μ m的長度，共源共柵級232內(nèi)部的傳輸線元件222和224具有大約55 μ m的長度，傳輸線元件250和252具有大約330 μ m的長度，諧波濾波器234內(nèi)部的傳輸線元件236、238、255和244分別具有大約310 μ m、40 μ m、150 μ m和250 μ m的長度。通過共源共柵核232的偏置電流大約是9mA，并且流過LO緩沖器的DC電流大約是21mA。在大信號情況下，取決于輸入信號水平，共源共柵核232的電流消耗可以增加到大約20mA。這個增加的電流消耗包括大約9mA的偏置電流和高達IlmA的由于電路的大信號激勵造成的額外電流消耗。應(yīng)該理解，上述工作頻率和傳輸線元件尺寸、偏置電流及其他實施細(xì)節(jié)就是許多可能實施例的一個實例。在本發(fā)明的可替換實施例中，可以使用不同的傳輸長度和寬度、不同的工作頻率和不同的功率電流消耗水平。在另外的可替換實施例中，可以用電感器電感替換一些或所有傳輸線段 210、212、214、222、224、250、252、236、238、255 和 244。
[0025]圖2b說明了類似于圖2a中所示實施例的實施例倍頻器電路，其還包括偏置發(fā)生器260。偏置發(fā)生器260包括與二極管連接的晶體管262和266和串聯(lián)耦合的電阻器264和268。共源共柵晶體管228和230的基極被耦合到晶體管262的發(fā)射極，并且差分對晶體管218和220的基極經(jīng)由傳輸線元件210和212被耦合到晶體管266的集電極，這在輸入頻率fo下有效地將在晶體管266的集電極處的低阻抗變換為在晶體管218和220的基極處的高阻抗。應(yīng)該理解，偏置發(fā)生器260不過是許多偏置發(fā)生器電路的一個實例，其可以被用于將實施例倍頻器電路偏置。在替代實施例中，也可以使用本領(lǐng)域中已知的其他偏置電路和偏置技術(shù)。
[0026]圖3說明了實施例LO緩沖器300，例如其可以被用于實現(xiàn)圖2a中所示的LO緩沖器204。LO緩沖器300具有兩個LO緩沖器級38(^和3802，其每個都可以包括由經(jīng)由傳輸線元件328和330耦合到共源共柵晶體管332和334的晶體管326和324組成的差分輸入對。在所述的實施例中，兩個級被用于確保在基波頻率fo下的足夠的輸入功率到在高頻率的倍頻器。在可替換的實施例中，取決于特定實施例及其說明書，可以使用多于或少于兩個LO緩沖器級。
[0027]該差分輸入對由電阻器318和傳輸線兀件320偏置,該傳輸線兀件320代表電阻器318與晶體管326和324的發(fā)射極之間的互連傳輸線。傳輸線兀件336和338分別被率禹合到晶體管332和334的集電極。傳輸元件340和342被耦合到VCC，并且由此提供電源電流。每個LO緩沖器級38(^和3802的輸入都具有傳輸線元件306和308，所述傳輸線元件提供DC偏置電流給輸入差分對晶體管326和324，并且分別經(jīng)由傳輸線元件336和338從共源共柵晶體管332和334的集電極提取每個LO緩沖器級SSO1和3802的輸出?？梢允褂盟姆种徊ㄩLRF扼流圈實施傳輸線元件306和308。由晶體管310、電阻器312、晶體管314和電阻器316的串聯(lián)連接形成的偏置網(wǎng)絡(luò)為由晶體管326和304組成的輸入差分對和共源共柵晶體管332和334的基極提供DC偏置電壓。晶體管332和334的偏置連接經(jīng)由電容器333被去耦合到接地，可以為了適當(dāng)接地使用RF電容器來實施該電容器。無源元件336、338、340、342、350-360和362-372形成級間匹配網(wǎng)絡(luò)，其包括傳輸線和電容器，例如這些傳輸器和電容器可以被配置為提供級之間的最大功率傳遞。
[0028]兩個LO緩沖器級380i和3802的級間耦合和匹配由AC耦合電容器352和358提供，并且傳輸線元件350、354、356和360可以被配置為在LO緩沖器級380的第一級的輸出和第二級的輸入之間提供阻抗匹配。耦合電容器302和304被耦合到LO緩沖器級380i的輸入，并且AC耦合電容器364和370與傳輸線元件362、366、368和372 —起被耦合到LO緩沖器級3802的輸出。應(yīng)該理解，圖3中所說明的LO緩沖器300就是許多可能的LO緩沖器電路的一個實例，其可以用于為實施例倍頻器提供輸入信號。在本發(fā)明可替換的實施例中，可以使用本領(lǐng)域中已知的其他LO緩沖器電路和架構(gòu)。
[0029]圖4a說明了用于兩個實例倍頻器的被傳遞到50 Ω負(fù)載的輸出功率對頻率的圖。跡線402是用于圖2a中所示的實施例倍頻器的輸出功率對頻率的圖，并且跡線404是用于具有共發(fā)射極結(jié)構(gòu)的倍頻器的輸出功率對頻率圖，該倍頻器基本是圖2a中所示的倍頻器但去掉了共源共柵晶體管228和230。如圖所示，使用共源共柵級的倍頻器的輸出功率比不使用共源共柵級的倍頻器高。如進一步看到的那樣，跡線404的振幅在較高頻率快速下降。由共源共柵晶體管228和230提供的性能提高部分地是由于關(guān)于共發(fā)射極結(jié)構(gòu)的密勒效應(yīng)的減少造成的。從58GHz到82GHz范圍的X軸代表被傳遞到倍頻器的輸入的輸入頻率fQ。
[0030]圖4b說明了用于兩個實例倍頻器的輸出功率對LO輸入功率的圖。跡線406代表圖2a中所示的實施例倍頻器的性能，并且跡線408代表具有共發(fā)射極結(jié)構(gòu)而沒有共源共柵晶體管的倍頻器的性能。由圖4b示出的性能圖代表61GHz的輸入頻率&，和121GHz的輸出頻率2&。如圖所示，圖2A的共源共柵實施例具有比沒有共源共柵晶體管的共發(fā)射極實施例高的輸出功率。圖4c說明了在與被用于生成圖4b的相同情況下基波抑制對LO輸入功率的圖。跡線410代表圖2a中所示的實施例倍頻器的基波摒棄，并且跡線412代表具有共發(fā)射極結(jié)構(gòu)而沒有共源共柵晶體管的倍頻器的基波抑制。
[0031]圖4d說明了輸出功率對LO輸入功率的圖。跡線414代表圖2a中所示的實施例倍頻器的輸出功率，并且跡線416代表圖2a中所示的倍頻器(去掉了傳輸線元件250和252)(SP，晶體管228和230的集電極直接連接在一起)的輸出。如上所示，具有傳輸線元件250和252的圖2的實施例比不具有傳輸線元件250和252的實施例輸出功率大約高4dB，該傳輸線元件250和252在差分輸入對和共源共柵級之間提供了阻抗匹配。由圖4d示出的性能圖代表61GHz的輸入頻率&和121GHz的輸出頻率2f。。
[0032]圖4e說明了輸出功率對LO輸入功率的圖。跡線418代表圖2a中所示的實施例倍頻器的輸出功率，并且跡線420代表圖2a中所示的倍頻器去掉了傳輸線元件222和224(SP，晶體管218和220的集電極分別直接連接到晶體管228和230的發(fā)射極)的輸出。如圖所示，具有傳輸線元件222和224的圖2A的實施例比不具有傳輸線元件222和224的實施例的輸出功率高1.5dB。由圖4e示出的性能圖代表61GHz的輸入頻率fC1和121GHz的輸出頻率2f。。
[0033]圖5說明了操作實施例倍頻器的實施例方法500的流程圖。在實施例中，在步驟502，在第一頻率&的第一信號被提供到實施例倍頻器電路。在一些實施例中，這個第一頻率是30GHz或更大。接著，在步驟504中，在第二頻率的第二信號是從實施例倍頻器電路接收的。
[0034]圖6說明了共源共柵核600的可替換的實施例，其具有多共源共柵架構(gòu)，例如，該多共源共柵架構(gòu)可以被用于代替在上文中參考圖2a-b描述的共源共柵核232。共源共柵600具有由晶體管602和604組成的輸入差分對，和被表示為第一共源共柵級、第二共源共柵級、和第三共源共柵級的多個共源共柵級，該第一共源共柵級具有晶體管614和616和傳輸線元件608和610，第二共源共柵級具有晶體管624和626和傳輸線元件618和620，并且第三共源共柵級具有晶體管628和630和傳輸線元件628和630。共源共柵核600的操作沿著如上所述的單個共源共柵實施例的相同原理進行。用于第一共源共柵級的偏置電壓是VBIASC1，其由電容器612去耦合；用于第二共源共柵級的偏置電壓是VBIASC2，其由電容器622去耦合；并且用于第三共源共柵級的偏執(zhí)電壓是VBIASC3，其由電容器632去耦合。在可替換的實施例中，使用多共源共柵構(gòu)造的倍頻器可以具有兩個共源共柵級或多于三個共源共柵級。
[0035]按照實施例，倍頻電路包括被耦合到倍頻電路的輸入端口的差分晶體管對、其輸入被耦合到差分晶體管對的輸出的第一差分共源共柵級、被耦合在差分晶體管對的輸出和第一差分共源共柵級的輸入之間的多個第一阻抗元件，和被耦合在第一差分共源共柵級和倍頻電路的輸出端口之間的輸出組合網(wǎng)絡(luò)。該差分晶體管對可以包括多個第一雙極結(jié)型(BJT)晶體管，并且第一差分共源共柵級可以包括多個第二 BJT。可替換地，可以使用場效應(yīng)晶體管，諸如MOSFET和JFET。
[0036]在實施例中，多個第一阻抗元件是傳輸線元件。可替換地，電感器可以代替?zhèn)鬏斁€元件使用。多個第一阻抗元件可以被配置為在差分晶體管對的輸出和第一差分共源共柵級的輸入之間提供阻抗匹配。此外，該倍頻電路可以被配置為以大于30GHz的輸入頻率工作。
[0037]在實施例中，該輸出組合網(wǎng)絡(luò)包括耦合在第一差分共源共柵級的輸出和公共節(jié)點之間的多個第二阻抗元件，并且包括被耦合在在公共節(jié)點和倍頻電路的輸出端口之間的輸出匹配網(wǎng)絡(luò)。在一些情形中，許多第二阻抗元件和輸出匹配網(wǎng)絡(luò)使用傳輸線元件實施。可替換地，許多第一阻抗元件可以使用電感器實施。
[0038]在各種實施例中，差分晶體管對、第一差分共源共柵級、許多第一阻抗元件和輸出組合網(wǎng)絡(luò)被設(shè)置在集成電路中。同時，在一些實施例中，倍頻電路可以包括第二差分共源共柵級和多個第三阻抗元件，該第二差分共源共柵級的輸入被耦合到第一差分共源共柵級的輸出，并且多個第三阻抗被耦合在第一差分共源共柵級的輸出和第二差分共源共柵級的輸入之間。
[0039]按照進一步實施例，半導(dǎo)體電路包括具有第一晶體管和第二晶體管的輸入級。第一晶體管和第二晶體管的基極被耦合到輸入端口，并且第一晶體管的發(fā)射極被耦合到第二晶體管的發(fā)射極。半導(dǎo)體電路還包括共源共柵級和輸出級(該共源共柵級包括第三晶體管和第四晶體管)、被耦合在第一晶體管的集電極和第三晶體管的發(fā)射極之間的第一傳輸線元件、被耦合在第二晶體管的集電極和第四晶體管的發(fā)射極之間的第二傳輸線元件，并且輸出級的第一輸入被耦合到第三晶體管的集電極，而輸出級的第二輸入被耦合到第四晶體管的集電極，以及被耦合到輸出端口的輸出。
[0040]在實施例中，該輸出級包括被耦合在第三晶體管的集電極和公共節(jié)點之間的第三傳輸線元件、被耦合在第四晶體管的集電極和公共節(jié)點之間的第四傳輸線元件，和匹配網(wǎng)絡(luò)，該匹配網(wǎng)絡(luò)包括被耦合在公共節(jié)點和該電路的輸出端口之間的至少一個傳輸線。該半導(dǎo)體電路也可以包括被耦合在公共節(jié)點和電源節(jié)點之間的第一四分之一波傳輸線。第一四分之一波傳輸線被配置為大約為具有電路在輸入端口的輸入頻率的兩倍的四分之一波頻率。
[0041]在實施例中，半導(dǎo)體電路還包括第二四分之一波傳輸線，其被稱合在第一和第二晶體管的發(fā)射極和電源參考節(jié)點之間，該電源參考節(jié)點可以是接地節(jié)點或其他參考節(jié)點。在一些實施例中，該輸入端口被配置為耦合到驅(qū)動極，和/或該輸出端口被配置為提供輸出信號，所述輸出信號的頻率為輸入端口處的信號的頻率的兩倍。在輸入處的信號的頻率可以大于30GHz。
[0042]按照進一步實施例，使頻率加倍的方法包括將具有第一頻率的第一信號提供給倍頻電路的輸入端口，該倍頻電路包括被耦合到倍頻電路的輸入端口的差分晶體管對、其輸入被耦合到差分晶體管對的輸出的差分共源共柵級、被耦合在差分晶體管對的輸出和差分共源共柵級的輸入之間的多個第一傳輸線元件，和被耦合在差分共源共柵級和倍頻電路的輸出端口之間的輸出組合網(wǎng)絡(luò)。該方法也包括從倍頻電路的輸出端口接收第二信號，以便第二信號具有為第一頻率兩倍的第二頻率。在一些實施例中，第一頻率大于30GHz。
[0043]在實施例中，提供第一信號包括將第一信號提供給包括倍頻電路的集成電路。此夕卜，提供第一信號包括從本地振蕩器(LO)緩沖器提供第一信號。
[0044]實施例的優(yōu)點包括實施倍頻器電路的能力，該倍增器電路在毫米波頻率下實現(xiàn)了高功率和強烈基波摒棄。具有高二次諧波轉(zhuǎn)換增益的實施例的優(yōu)點包括減少產(chǎn)生強烈二次諧波所需要的LO功率。
[0045]本發(fā)明的一些實施例的另一有利方面是直接使用實施例倍頻器的輸出作為用于要求低傳輸輸出功率的應(yīng)用的發(fā)射器輸出。在這個實施例中，可不再需要功率放大級。
[0046]盡管已經(jīng)參考說明性實施例描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明不是要以限制的意義被解讀。說明性實施例的各種修改和組合以及本發(fā)明的其他實施例依據(jù)對本描述的參考將對本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見。例如，在本文中呈現(xiàn)的實施例實例中，傳輸線段可以用電感器替換。
【權(quán)利要求】
1.一種倍頻電路，包括: 差分晶體管對，被耦合到所述倍頻電路的輸入端口 ； 第一差分共源共柵級，其輸入被耦合到所述差分晶體管對的輸出； 多個第一阻抗元件，被耦合在所述差分晶體管對的所述輸出和所述第一差分共源共柵級的所述輸入之間；和 輸出組合網(wǎng)絡(luò)，被耦合在所述第一差分共源共柵級和所述倍頻電路的輸出端口之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的倍頻電路，其中: 所述差分晶體管對包括第一多個雙極結(jié)型(BJT)晶體管；并且 所述第一差分共源共柵級包括第二多個BJT。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的倍頻電路，其中所述多個第一阻抗元件包括傳輸線元件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的倍頻電路，其中所述多個第一阻抗元件包括電感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的倍頻電路，其中所述多個第一阻抗元件被配置為在所述差分晶體管對的所述輸出和所述第一差分共源共柵級的所述輸入之間提供阻抗匹配。
6.根據(jù)權(quán)利要 求1所述的倍頻電路，其中所述倍頻電路被配置為操作于大于30GHz的輸入頻率。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的倍頻電路，其中所述輸出組合網(wǎng)絡(luò)包括: 多個第二阻抗元件，被耦合在所述第一差分共源共柵級的所述輸出和公共節(jié)點之間；和 輸出匹配網(wǎng)絡(luò)，被耦合在所述公共節(jié)點和所述倍頻電路的所述輸出端口之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的倍頻電路，其中所述多個第二阻抗元件和所述輸出匹配網(wǎng)絡(luò)包括傳輸線元件。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的倍頻電路，其中所述差分晶體管對、所述第一差分共源共柵級、所述多個第一阻抗元件和所述輸出組合網(wǎng)絡(luò)被設(shè)置在集成電路中。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的倍頻電路，進一步包括: 第二差分共源共柵級，其輸入被耦合到所述第一差分共源共柵級的輸出；和多個第三阻抗元件，被耦合在所述第一差分共源共柵級的所述輸出和所述第二差分共源共柵級的所述輸入之間。
11.一種半導(dǎo)體電路，包括: 輸入級，包括第一晶體管和第二晶體管，其中所述第一晶體管和所述第二晶體管的基極被耦合到輸入端口，并且所述第一晶體管的發(fā)射極被耦合到所述第二晶體管的發(fā)射極；共源共柵級，包括第三晶體管和第四晶體管； 第一傳輸線元件，被耦合在所述第一晶體管的集電極和所述第三晶體管的發(fā)射極之間； 第二傳輸線元件，被耦合在所述第二晶體管的集電極和所述第四晶體管的發(fā)射極之間；和 輸出級，其第一輸入被耦合到所述第三晶體管的集電極，其第二輸入被耦合到所述第四晶體管的集電極，并且其輸出被耦合到輸出端口。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電路，其中所述輸出級包括: 第三傳輸線元件，被耦合在所述第三晶體管的集電極和公共節(jié)點之間；第四傳輸線元件，被耦合在所述第四晶體管的集電極和所述公共節(jié)點之間；和匹配網(wǎng)絡(luò)，其包括被耦合在所述公共節(jié)點和所述電路的所述輸出端口之間的至少一個傳輸線。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電路，進一步包括第一四分之一波傳輸線，所述第一四分之一波傳輸線被耦合在所述公共節(jié)點和電源節(jié)點之間，其中所述第一四分之一波傳輸線被配置為具有是所述電路在所述輸入端口處的輸入頻率的大約兩倍的四分之一波頻率。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電路，進一步包括第二四分之一波傳輸線，所述第二四分之一波傳輸線被稱合在所述第一和第二晶體管的發(fā)射極和電源參考節(jié)點之間。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電路，其中所述電源參考節(jié)點包括接地節(jié)點。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電路，其中所述輸入端口被配置為耦合到驅(qū)動級。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電路，其中所述輸出端口被配置為提供輸出信號，所述輸出信號具有的頻率為在所述輸入端口處的信號的頻率的兩倍。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電路，其中在所述輸入處的所述信號的頻率大于30GHz。
19.一種使頻率加倍的方法，所述方法包括: 提供具有第一頻率的第一信號給倍頻電路的輸入端口，所述倍頻電路包括 差分晶體管對，被耦合到所述倍頻電路的輸入端口， 差分共源共柵級，其輸入被耦合到所述差分晶體管對的輸出， 多個第一傳輸線元件，被耦合在所述差分晶體管對的所述輸出和所述差分共源共柵級的所述輸入之間，和 輸出組合網(wǎng)絡(luò)，被耦合在所述差分共源共柵級和所述倍頻電路的輸出端口之間；和從所述倍頻電路的所述輸出端口接收第二信號，所述第二信號具有為所述第一頻率兩倍的第二頻率。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述第一頻率大于30GHz。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中提供第一信號包括將所述第一信號提供給包括所述倍頻電路的集成電路。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中提供所述第一信號包括從本地振蕩器(LO)緩沖器提供所述第一信號。
【文檔編號】H03B19/00GK104052405SQ201410087927
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年3月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月12日
【發(fā)明者】A·查拉克博特, S·特羅塔 申請人:英飛凌科技股份有限公司