基于電感值可變的注入鎖定分頻器電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開基于電感值可變的注入鎖定分頻器電路，屬于射頻與毫米波太赫茲集成電路設(shè)計領(lǐng)域，包括：五個NMOS晶體管，兩個電容，兩個電感；其中，電感、第一晶體管組成第一電流回路，其余四個晶體管、兩個電容和差分電感組成第二電流回路，兩個電流回路之間通過兩個電感發(fā)生耦合作用；通過第一晶體管的開閉調(diào)整本電路的電感值，從而提高分頻器的分頻范圍；本電路在保證功耗不變的前提下，相比已有的技術(shù)，能夠很大程度上提高分頻器的分頻范圍，這樣使得可以在低功耗下提供更寬的分頻范圍，從而提高收發(fā)機(jī)的性能。
【專利說明】
基于電感值可變的注入鎖定分頻器電路
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于射頻與毫米波太赫茲集成電路設(shè)計領(lǐng)域，特別設(shè)及毫米波太赫茲頻段 低功耗，高頻率，寬范圍的分頻器設(shè)計。
【背景技術(shù)】
[0002] 在無線通信發(fā)展百余年后的今天，軍事通信領(lǐng)域500MHz~5GHz頻段資源已日趨稀 缺，未來量子通信技術(shù)雖值得憧憬，但目前仍有些遙不可及。而太赫茲運一曾被"遺忘"的波 段，集成了微波通信與光通信的優(yōu)點，具有傳輸速率高、容量大、方向性強(qiáng)、安全性高及穿透 性好等諸多特性，在軍事通信應(yīng)用上的前景誘人，已成為各國挖掘開發(fā)的熱點。2009年，國 際電信聯(lián)盟定義的毫米波波段為lOGHz~100G化，太赫茲波段為100G化~lOTHz，相對于低 頻段有著較寬的頻譜資源。由于上述原因，導(dǎo)致毫米波太赫茲段下的忍片應(yīng)用設(shè)計得到了 學(xué)術(shù)領(lǐng)域和工業(yè)界的關(guān)注。
[0003] 工作在毫米波太赫茲波段的收發(fā)機(jī)系統(tǒng)，需要在低功耗的情況下，將高頻分頻到 低頻再傳送給基帶。就現(xiàn)有的技術(shù)而言，能夠工作在太赫茲的分頻器電路結(jié)構(gòu)最常用的就 是注入鎖定分頻器。
[0004] 現(xiàn)有的一種注入鎖定分頻器電路的組成如圖1所示，包括：四個醒0S晶體管，兩個 電容，一個差分電感;其中，差分電感L2的抽頭端接電源VDD，L2的另一端分別與NM0S晶體管 MN2的漏極和源極連接，MN2的柵極接信號的輸入端IN;電容C1 一端接MN2的漏極，另一端和 C2相連，C2的另一端和MN2的源極相連接;NM0S晶體管MN3和MN4的源極相連接，MN3的漏極和 麗2的漏極相連接，麗3的柵極和MN4的漏極相連接，MN4的漏極和麗2的源極相連接，MN4的柵 極和MN3的漏極相連接;NM0S晶體管MN5的漏極和MN3、MN4源極相連的公共端相連接，MN5的 柵極接偏置電壓Vb i as，MN5的源極接地GND; MN3的漏極為本電路的正輸出端0UT+，麗4的漏 極為本電路的負(fù)輸出端OUT-。
[0005] 已有的注入鎖定分頻器，由于其分頻范圍小的缺點一直是限制其使用范圍的主要 因素。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于為克服已有技術(shù)的不足，提出了一種基于電感值可 變的注入鎖定分頻器電路，本發(fā)明在于消除注入鎖定分頻器分頻范圍窄的問題。在保證功 耗不變的前提下，相比已有的技術(shù)，能夠很大程度上提高分頻器的分頻范圍。運樣使得可W 在低功耗下提供更寬的分頻范圍，從而提高收發(fā)機(jī)的性能。
[0007] 本發(fā)明提出的一種基于電感值可變的注入鎖定分頻器電路結(jié)構(gòu)，其特征在于，該 注入鎖定分頻器組成電路包括:五個NM0S晶體管，兩個電容，兩個電感;其中，電感化1)、第 一晶體管(MN1)組成第一電流回路，其余四個晶體管、兩個電容和差分電感化2)組成第二電 流回路，所述兩個電流回路之間通過兩個電感發(fā)生禪合作用;上述各器件的連接關(guān)系為：電 感化1)的抽頭端接地、另一端和第一晶體管的漏極相連接，第一晶體管的柵極和控制開關(guān) 信號相連接，第一晶體管的源極接地;差分電感化2)的抽頭端接電源，差分電感化2)的另一 端分別與第二晶體管(MN2)的漏極、源極連接，第二晶體管的柵極接信號的輸入端;第一電 容(C1) 一端接第二晶體管的漏極、另一端和第二電容(C2)相連，第二電容的另一端和第二 晶體管的源極相連接;第^晶體管(麗3)的源極和第四晶體管(麗4)的源極相連接，第^晶 體管的漏極和第二晶體管的漏極相連接，第Ξ晶體管的柵極和第四晶體管的漏極相連接， 第四晶體管的漏極和第二晶體管的源極相連接，第四晶體管的柵極和第Ξ晶體管的漏極相 連接;第五晶體管(MN5)的漏極和第Ξ晶體管、第四晶體管源極相連的公共端連接，第五晶 體管的柵極接偏置電壓，第五晶體管的源極接地;所述第Ξ晶體管的漏極為本電路的正輸 出端，所述第四晶體管的漏極為本電路的負(fù)輸出端。
[0008] 本發(fā)明的技術(shù)特點及有益效果：
[0009] 1、利用Switch控制電感禪合和斷開的方式來調(diào)節(jié)電感的感值，從而可W調(diào)節(jié)注入 鎖定分頻器的自諧振頻率。
[0010] 2、將所引入的電感L1作為禪合電感，不引入直流通路，不會增加額外的功耗。
[0011] 3、相比于傳統(tǒng)的注入鎖定分頻器結(jié)構(gòu)，可W將分頻范圍提高50%。
【附圖說明】
[0012] 圖1為現(xiàn)有的注入鎖定分頻器電路的組成示意圖；
[0013] 圖2為本發(fā)明提出的基于電感值可變的注入鎖定分頻器電路的組成示意圖；
[0014] 圖3為本發(fā)明實施例的注入鎖定分頻器電路與現(xiàn)有注入鎖定分頻器電路的分頻靈 敏度曲線的仿真對比結(jié)果。
【具體實施方式】
[0015] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和特點更加清楚明確，下面結(jié)合附圖及實施例對本 發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明與描述。
[0016] 本發(fā)明提出的一種基于電感值可變的注入鎖定分頻器電路結(jié)構(gòu)，如圖2所示，其特 征在于，該注入鎖定分頻器電路組成包括:五個NM0S晶體管，兩個電容，兩個電感(其中L1為 普通電感，L2為差分電感）；其中，電感L1、晶體管MN1組成第一電流回路，其余四個晶體管、 兩個電容和差分電感L2組成第二電流回路，所述兩個電流回路之間通過兩個電感發(fā)生禪合 作用;上述各器件的連接關(guān)系為：電感L1的抽頭端接地GND，另一端和NM0S晶體管MN1的漏極 相連接，MN1的柵極和控制開關(guān)信號Swi tch相連接，MN1的源極接地;差分電感L2的抽頭端接 電源VDD，L2的另一端分別與NM0S晶體管MN2的漏極和源極連接，MN2的柵極接信號的輸入端 IN;電容C1 一端接MN2的漏極，另一端和C2相連，C2的另一端和麗2的源極相連接;醒0S晶體 管麗3和MN4的源極相連接，MN3的漏極和麗2的漏極相連接，麗3的柵極和MN4的漏極相連接， 麗4的漏極和麗2的源極相連接，麗4的柵極和MN3的漏極相連接;醒0S晶體管麗5的漏極和 MN3、MN4源極相連的公共端相連，MN5的柵極接偏置電壓Vb i as，MN5的源極接地GND; MN3的漏 極為本電路的正輸出端〇UT+，MN4的漏極為本電路的負(fù)輸出端OUT-;其中電感L1和差分電感 L2之間發(fā)生禪合作用。
[0017] 本發(fā)明電路的工作原理為：當(dāng)Switch = 0,即醒0S晶體管麗1斷開的時候，電感LI、 NM0S晶體管MN1所在的電流回路斷開，電感L1和差分電感L2之間不發(fā)生禪合，總的電路回路 的電感量由差分電感L2決定；當(dāng)Swi tch = 1，即NMOS晶體管麗1打開的時候，電感LI、醒OS晶 體管MN1所在的電流回路閉合，L1與差分電感L2之間形成反向的電磁場，總的回路的電感量 減小，振蕩頻率升高。
[0018]本發(fā)明提出的基于電感值可變的注入鎖定分頻器電路的實施例說明如下：
[0019] 本實施例采用TSMC 65nm CMOS工藝針對工作在太赫茲150GHz附近的頻率進(jìn)行分 頻，本實施例中各個元件的參數(shù)如表1所示：
[0020] 表 1
[0021]
[0022] 為了驗證本發(fā)明提出的基于電感值可變的注入鎖定分頻器電路的正確性和實效 性，和如圖1所示的現(xiàn)有注入鎖定分頻器電路進(jìn)行了對比仿真驗證。兩者使用的元件參數(shù)相 同，如表1所示。
[0023] W上實施例中的注入鎖定分頻器的分頻靈敏度曲線仿真結(jié)果如圖3給出。從圖3結(jié) 果來看，在相同的供電電壓不引入額外的功耗的情況下，本發(fā)明實施例的注入鎖定分頻器 可W實現(xiàn)從14 IGHz到159G化范圍內(nèi)的分頻，而傳統(tǒng)的注入鎖定分頻器僅可W實現(xiàn)從141G化 到153G化范圍內(nèi)的分頻。可見，相比于傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明可W在不引入額外功耗的情況 下，將分頻器的分頻范圍提高50%。W上實施例驗證了本發(fā)明的正確性和實效性。
[0024] 總之，W上所述僅為本發(fā)明在具體CMOS工藝下與具體太赫茲波段下注入鎖定分頻 器的驗證實例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種基于電感值可變的注入鎖定分頻器電路，其特征在于，該注入鎖定分頻器組成 電路包括:五個NMOS晶體管，兩個電容，兩個電感;其中，電感(L1)、第一晶體管(MN1)組成第 一電流回路，其余四個晶體管、兩個電容和差分電感(L2)組成第二電流回路，所述兩個電流 回路之間通過兩個電感發(fā)生耦合作用;上述各器件的連接關(guān)系為：電感(L1)的抽頭端接地、 另一端和第一晶體管的漏極相連接，第一晶體管的柵極和控制開關(guān)信號相連接，第一晶體 管的源極接地;差分電感(L2)的抽頭端接電源，差分電感(L2)的另一端分別與第二晶體管 (MN2)的漏極、源極連接，第二晶體管的柵極接信號的輸入端;第一電容(C1) 一端接第二晶 體管的漏極、另一端和第二電容(C2)相連，第二電容的另一端和第二晶體管的源極相連接； 第三晶體管(MN3)的源極和第四晶體管(MN4)的源極相連接，第三晶體管的漏極和第二晶體 管的漏極相連接，第三晶體管的柵極和第四晶體管的漏極相連接，第四晶體管的漏極和第 二晶體管的源極相連接，第四晶體管的柵極和第三晶體管的漏極相連接;第五晶體管(MN5) 的漏極和第三晶體管、第四晶體管源極相連的公共端連接，第五晶體管的柵極接偏置電壓， 第五晶體管的源極接地;所述第三晶體管的漏極為本電路的正輸出端，所述第四晶體管的 漏極為本電路的負(fù)輸出端。
【文檔編號】H03L7/18GK106059578SQ201610570932
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月19日
【發(fā)明人】張雷, 朱新新, 王燕
【申請人】清華大學(xué)