CN101785179A - 产生信号的设备和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于产生输出信号(So)的设备(100)，所述输出信号(So)具有与输入信号(Si)的输入频率相比基本上相同或增大的输出频率，所述设备(100)包括：双极型晶体管(102)，具有基极(B)、集电极(C)以及发射极(E)；控制单元(104)，适用于控制输入信号(Si)向基极(B)的施加，以及适用于按照使双极型晶体管(102)在回跳状态下操作的方式来控制集电极(C)与发射极(E)之间的集电极-发射极电压的施加，以得到非线性集电极电流特性，从而产生输出信号(So)，所述输出信号(So)具有由于急剧上升的集电极电流所导致的基本上相同或增大的输出频率。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于产生信号的设备。
除此之外，本发明还涉及一种产生信号的方法。
背景技术
具有高频率(从RF到THz)的信号使得可以实现多种多样的应用，从千兆比特/兆兆比特带宽通信系统到分子分析以及医学或工业成像。
使得可以产生这种具有高频率的信号的已知半导体器件包括甘恩(Gunn)二极管、隧道二极管、渡越时间(transmit time)二极管、基于晶体管(双极型FFT)的振荡器、以及依赖于器件非线性特性的基于乘法器的振荡器(如，肖特基二极管)。
然而，通常关于半导体器件在频率产生方面的上限是几百GHz。因此，基于光子的器件(如，气体激光器、量子级联激光器)或基于光电导的器件服务于需要具有高频率的信号的许多应用中。
然而，这些光子器件是庞大的，要求低温或与普遍存在的硅半导体技术不相容。
最近的研究报告了具有高频率(THz)的信号从稀有(exotic)半导体器件以及从高度硼掺杂硅的发射。使用稀有半导体的第一类型器件依赖于新的等离子体波理论的使用，然而，这种技术的成熟仍然处于其初期阶段，并且尚未在硅中例证。基于B-Si的第二类型器件仅工作在低温下，这使其不适用于广泛的商业应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种允许产生具有足够高的频率的信号的系统。
为了实现上述目的，提供了根据独立权利要求的一种用于产生信号的设备以及一种产生信号的方法。
根据本发明的示例实施例，提供了一种用于产生输出信号的设备，所述输出信号具有与输入信号的输入频率相比增大的输出频率，所述设备包括：双极型晶体管，具有基极(或基极端子)、集电极(或集电极端子)以及发射极(或发射极端子)；以及控制单元(可以具有处理器能力)，适于控制输入信号向基极的施加，以及适于按照在回跳状态下操作双极型晶体管的方式来控制在集电极与发射极之间集电极-发射极电压的施加，以获得非线性集电极电流特性，从而产生具有由于急剧上升的(尤其在时域中)集电极电流(当施加振荡输入信号时)而导致的增大的输出频率的输出信号。
根据本发明的另一示例实施例，提供了一种产生输出信号的方法，所述输出信号具有与输入信号的输入频率相比增大的输出频率，所述方法包括：提供双极型晶体管，所述双极型晶体管具有基极、集电极以及发射极；控制输入信号向基极的施加；按照在回跳状态下操作双极型晶体管的方式来控制在集电极与发射极之间集电极-发射极电压的施加，以获得非线性集电极电流特性，从而产生具有由于急剧上升的集电极电流而导致的增大的输出频率的输出信号。
根据本发明的实施例由控制单元用于控制目的而执行的数据处理可以由计算机程序来实现(即，由软件来实现)，或通过使用一个或更多个特定电子优化电路(即，以硬件)来实现，或以混合形式来实现(即，利用软件组件和硬件组件)。
在本申请的上下文中，术语“双极型晶体管”(例如，双极型结晶体管BJT、或异质结双极型晶体管HBT)可以具体地表示一种可由掺杂半导体构成的晶体管、放大或开关器件。双极型晶体管可以是不同掺杂的部分的夹层结构(如，NPN或PNP)。中央部分称作晶体管的基极(“B”)。通过改变基极与称作发射极(“E”)的一个端子之间的电流，可以改变在发射极与称作集电极(“C”)的第三端子之间流动的电流，使得在该端子处对信号进行放大。
术语“回跳”可以具体地表示一种效应，该效应可以在双极型晶体管中出现，并且可以指代双极型晶体管的操作模式，在该操作模式下，集电极电流的指数描述不再适用。具体地，图8示出了双极型晶体管的特性电流-电压曲线，该曲线示出了双极型晶体管的正常操作模式以及回跳操作模式。
术语“信号”(具体地“输出信号”)可以具体地表示电(例如，电压或电流，即，带电微粒的有线传输)信号或电磁信号(如，电磁波，即，光子的无线传输)，该信号的特征在于特定的频率或频率分布。这样的频率可以用作载波信号(即，对包含实际信息的另一信号的传输做出贡献的辅助信号)或者用作使用信号(如，在其中编码信息的信号)。例如，在光谱学系统或成像系统的环境下，这样的信号还可以用作探查(probe)。该信号可以是模拟信号或数字信号。
根据本发明的示例实施例，具体是通过选择足够大的集电极-发射极电压，和/或通过适当地设计电压、电阻器以及电流值，在至少部分时间内在回跳操作模式下操作双极型晶体管，从而将信号(具有输入频率)施加到双极型晶体管的基极，导致产生在集电极端子处提供的信号(具有增大的输出频率)。因此，这样的设备可以用于增大信号的频率，从而允许从千兆赫兹达到太赫兹。然而，本发明的实施例可以应用于任何期望的频域，例如，在RF与THz之间。
具体地，根据本发明的示例实施例，可以提供甚高频(例如，毫米波、太赫兹)频率源，这可以基于：使用双极型晶体管中的回跳效应，以及适当设计的负载和时变信号，从而产生太赫兹或其他高频信号。
根据本发明的示例实施例，提供了一种产生非常高的信号的方法，所述方法包括：在回跳状态下(在该状态下，集电极电流的指数描述不再适用)操作双极型晶体管，导致非线性集电极电流，将添加到恒定信号贡献中的变化信号施加到晶体管输入(基极-发射极)，以及基于集电极电流来产生高频信号(即，具有高/更高频率的信号)。
通过应用均具有输入频率的一系列输入信号(或足够窄的频率分布)，也就是说，利用由信号输入的施加以及双极型晶体管端子的偏置而触发的强制重复事件，可以实现甚高频的(准)连续产生。因此，本发明的实施例可以允许以可通过简单方法(甚至以硅技术)得到的非常不寻常的方式来使用双极型器件。
因此，本发明的实施例不必依赖于频带图(限制可用的频率值)，从而不需要复杂的频带工程(band engineering)。对于本发明的实施例而言，甚至不需要直接带隙(direct band gap)。与此相反，以非常不寻常的方式(具体地，重复地触发回跳)来操作双极型器件，以得到晶体管信号在时域中的尖锐上升，从而得到频域中在傅里叶变换后的频谱中的高频分量。根据本发明示例实施例的设备可以表示为乘法器，当在输入处施加低频信号时，所述乘法器在输出处发出高频信号。
更具体地，可以基于标准半导体器件或使得能够通过正确地调节外部组件来产生甚高频的小电路，来提供甚高频源(毫米波、太赫兹)。该设备可以充分利用双极型器件的端子不稳定机制。更具体地，本发明的实施例使用标准硅基双极型器件中的电热不稳定机制，来产生可以良好地进入mmW波长范围以及THZ频率范围的甚高频谐波。因此，本发明的实施例可以避免与常规的频率产生器相关联的许多问题，如，与硅技术不兼容、低温操作要求、技术的低成熟性、或实现的复杂性。根据这些，本发明的实施例使得能够以与硅基线工艺技术兼容、与室温操作兼容(对于大量应用来说是重要的)、与成熟半导体工艺兼容、并且易于实现的方式来产生甚高频。
例如，可以提供一种集成电路(IC)，该集成电路(IC)使用双极型器件中的电热不稳定性，并且基于对于这种物理机制的正确理解和建模，通过以复杂方式操作晶体管来产生谐波。这样的器件可以包括双极型晶体管、负载和时变输入信号，其中，这些组件的参数的调节或设计可以被调整为使得能够在期望的操作模式下对系统进行操作。
根据本发明的另一示例实施例，提供了一种用于产生输出信号的设备，所述输出信号具有与输入信号的输入频率相比基本相同或增大的输出频率，所述设备包括控制单元，所述控制单元适用于作为用于对输入信号的施加进行控制的反馈回路，其中，输入信号是从输出信号导出的。换言之，提供了一种振荡器，使用回跳行为从而能够优选地在GHz范围内实现电感更小的单晶体管振荡器。振荡器的基频在回跳效应中是可用的，在所述回跳效应中，输出电流-电压关系中存在滞后现象。外部电阻器可以容易地调节该滞后现象曲线。
反馈回路可以包括变容二极管，以使得振荡器频率是电可调节的。
接下来，将说明该设备的其他示例实施例。然而，这些实施例也应用于该方法。
控制单元可以适用于把双极型晶体管反复地在回跳状态与正常操作模式(即，在回跳状态之外的操作模式，在该操作模式下常规地操作双极型晶体管)之间切换。通过采用这种方法，可以得到具有甚高频的电磁辐射的可调节脉冲的连续或准连续产生。可以使用附加器件来执行对输入信号的这种重复施加，所述附加器件连接至或可连接至高频产生设备的输入，并且提供输入频率信号，例如，常规的甘恩二极管或产生频率信号的任何其他常规器件。备选地，可以实现诸如压控振荡器(VCO)之类的电路。
输出频率可以是至少100GHz，具体地是至少1THz。因此，输出频率可以位于所谓的太赫兹隙中，常规上很难在电磁或电信号的产生/发射方面处理该太赫兹隙。本发明的实施例允许关闭太赫兹隙。
控制单元可以适用于控制将输入信号施加到基极，其具有恒定电压贡献以及随输入频率而振荡的振荡电压贡献。换言之，要提供给用于产生多倍频的器件的输入信号可以包括偏移电压和附加地随时间变化(具体地，以正弦或余弦方式振荡)的贡献。所添加的时间相关信号可以由常规的脉冲或频率信号产生器来产生，所述常规的脉冲或频率信号产生器为系统提供输入频率，所述输入频率被相应控制的双极型晶体管进一步增大。
设备可以包括输入信号匹配单元，该输入信号匹配单元适用于在将输入信号提供给基极之前对输入信号进行匹配。这样的输入信号匹配单元可以连接在设备的输入接口(在该接口处提供输入信号)与双极型晶体管的基极端子之间。这样的输入匹配电路可以自己(即，以自给方式)进行操作，或者可以由控制单元来控制，以对原始输入信号进行匹配，使得该原始输入信号可以在晶体管的基极处被进一步处理。例如，输入信号匹配单元可以能够进行阻抗匹配。匹配过程可以包括对阻抗、电压、电流或幅度特定进行调节，以及对频率进行匹配。
该设备可以包括输出信号接收器单元，所述输出信号接收器单元耦合至集电极，并且适用于接收和进一步使用输出信号。换言之，输出信号接收器单元可以是一种实体，该实体可以出于其自身目的将设备所产生的输出信号用作输入信号，并且可以实际使用具有高频的信号。通过将输出信号接收器单元直接连接至集电极端子，可以实现短信号路径，并且可以执行对高频信号的立即进一步处理。
输出信号接收器单元可以是天线，具体地是适用于基于该天线接收到的所产生的输出信号来发射电磁辐射的发射器天线。因此，可以将信号施加到用于基于电信号来产生电磁辐射的天线，使得然后可以例如出于通信目的由该天线来发射电磁辐射。备选地，还可能的是，输出信号接收器单元将所产生的信号用作沿着线传播的电信号。
具有输出系统的本发明的实施例的其他示例应用是：通信系统(如，例如在电话网络领域中使用输出信号进行有线或无线通信的无线通信系统)、成像系统(例如，用于涉及本发明实施例所产生的电磁辐射的医学应用的医学成像系统、工业成像系统(如，光刻)、安全成像系统(如，在机场使用的行李检查系统)、分子分析系统(如，光谱学系统)、材料内容监控系统(如，使用输出信号来确定诸如食品、农产品、炸药、或生化剂等物质的成分的分析系统)。更一般地，本发明的实施例可以具体地用于需要高频(特别是太赫兹)的地方。关于本发明示例实施例的可能应用，可以使太赫兹无线通信成为可能。关于医学应用，可以在太赫兹下执行用于诊断的医学成像，这可以允许取代或替换有害的X射线放射系统。此外，可以利用元素的太赫兹指纹来识别这些元素(这可以应用于分析食品、药物、武器、炸药等等)例如，可以分析牛排或蔬菜以分析它们的成分。
该设备可以包括输出信号匹配单元，所述输出信号匹配单元适用于在将输出信号提供给输出信号接收器单元之前对输出信号进行匹配。例如，输出信号匹配单元可以实现阻抗匹配。采用与输入信号匹配单元相类似的方式，可以提供一种输出信号匹配单元，所述输出信号匹配单元对直接从集电极端子提供的输出信号的特性或性质进行调整，然后将调整后的信号提供给所连接的输出信号接收器单元。
输入信号产生单元可以适用于产生用于传递至双极型晶体管的基极的输入信号。这样的输入信号产生单元的示例是甘恩二极管、隧道二极管、渡越时间二极管、基于晶体管的振荡器、基于乘法器的振荡器等。也可以实现光子器件(如，气体激光器、量子级联激光器或基于光电导的器件)。
输入信号产生单元可以适用于产生具有小于100GHz的输入频率(例如具有50GHz的输入频率)的输入信号。当双极型晶体管的频率乘法因子是10时，可以将50GHz的输入频率转换成500GHz的输出频率。
该设备可以单片集成在半导体衬底中。换言之，可以应用集成电路(IC)技术来制造该设备的组件。具体地，半导体衬底可以是第III族-第V族的半导体衬底(如，砷化镓)，或者可以是第IV族的半导体衬底，如，硅或锗。具体地，硅技术可以适于以节省成本的方式来制造该设备。
本发明的实施例使得能够产生具有高频率的电磁波。然而，这些实施例通常不产生原始形式的信号，而是利用IC器件将常规产生的信号(例如，具有50GHz频率的信号)相乘，以产生多倍谐波(例如，十倍)。可以通过具体地调节标准双极型晶体管、具体地通过调节负载晶体管(RL)的值、和/或通过适当地调节偏置条件，来实现这一点。
本发明的上述方面和其他方面将通过以下描述的实施例的示例而变得明显，并且通过参考这些实施例的示例而得以说明。
附图说明
以下将参考示例实施例来更详细地描述本发明，然而本发明并不限于这些示例实施例。
图1示出了根据本发明示例实施例的用于产生输出信号的设备，所述输出信号具有与输入信号的输入频率相比增大的输出频率。
图2示出了根据本发明示例实施例的另一用于产生信号的设备。
图3示出了负载晶体管的负载线的图。
图4示出了说明输入信号的时间相关性的图。
图5示出了说明当常规操作双极型晶体管时从图4的输入信号得到的集电极电流的图。
图6示出了根据本发明示例实施例所计算和实现的跨越稳定区域的负载晶体管的负载线的图。
图7示出了说明根据本发明示例实施例在负载线跨越稳定区域的情况下从输入信号得到的集电极电流。
图8示出了说明根据本发明示例实施例操作的双极型晶体管的特性曲线的回跳点(snap-back point)的图。
图9示出了说明根据本发明示例实施例操作的双极型晶体管的稳定线的图。
图10示出了根据本发明示例实施例的振荡器设备。
具体实施方式
图中的说明是示意性的。在不同的图中，为相似或相同的元件提供相同的附图标记。
在下文中，参考图1，将说明根据本发明示例实施例的用于产生输出信号So的设备100，该输出信号So与输入信号Si的输入频率相比具有增大的输出频率。
可以按照单片集成半导体电路来提供设备100的部分或所有组件。
设备100包括具有基极B、集电极C和发射极E的双极型晶体管102。
提供控制单元104，该控制单元104适于控制输入信号Si向基极B施加，以及适于以在回跳状态(snap-back regime)下(参见图8)操作双极型晶体管102的方式来控制集电极C与发射极E之间的集电极-发射极电压的施加，以获得非线性集电极电流特性，从而产生输出信号So，该输出信号So具有随时间而急剧上升的集电极电流(参见图7)所导致的增大的输出频率。
更具体地，在设备100的输入接口130处提供输入信号Si。可以由信号产生实体来产生所述输入信号Si，其中所述信号产生实体未在图1中示出并且可以具有例如50GHz的频率。
将输入信号Si施加到输入信号匹配电路106，所述输入信号匹配电路106适于在需要时将信号Si的性质与双极型晶体管102的基极B的需求进行匹配。如从图1可以看出的，匹配电路106可以接收来自控制单元104的指令命令(所述指令可以在设备100的操作之前或操作期间提供(持久性地或随时更新的))，使得控制电路104间接地控制信号Si向基极B的施加。
将输入信号匹配单元106的输出施加到晶体管102的基极。向负载电阻132(还表示为RL)(在所述负载电阻132上流动着集电极电流IC)的第一端施加高电压VCC，其中所述高电压VCC可以由控制单元104来控制或者备选地可以保持恒定。负载晶体管132的第二端耦合至双极型晶体管102的集电极端子C。双极型晶体管102的发射极E端子耦合至地电势(但是备选地可以使其处于另一电势，可以是恒定的或者可以随时间变化)。
在发射输出信号So之后(所述输出信号So沿着有线连接经过集电极C和输出信号匹配电路110)，输出信号匹配电路110将该输出信号So与然后可能被提供输出信号So(例如以操作方式)的天线108的需求进行匹配。如从图1可以看出的，输出信号匹配单元110也可以适于由控制单元104来控制。天线108可以使用输出信号以进行太赫兹的电磁辐射(是一种波)的后续辐射(由附图标记136来表示)。
如图8所示，控制单元104反复地在回跳状态与正常操作状态之间切换双极型晶体管102。通过调节设备100的电路设计中的不同组件、偏置条件、电压、电流值等，可以执行这种控制。
通过采用这种措施，例如可以使用具有50GHz频率的输入信号Si来产生具有500GHz频率的输出信号So。控制单元104、匹配电路106、110等可以具有处理能力，例如可以被制造为中央处理单元(CPU)或微处理器。
在下文中，参考图2，将说明根据本发明另一示例实施例的设备200。
在图2的实施例中，提供诸如甘恩二极管之类的信号产生单元204，用于产生可以具有50GHz频率的输入信号Si。
作为图1的实施例的备选，控制单元104现在控制信号产生单元204以及具有可变电阻值RL的可控电阻132，其中所述可变电阻值RL是由控制单元104来提供或定义的。尽管图2中未示出，然而备选地，控制单元104可以附加地控制包括VCC、输入匹配电路106或电势134的组中的至少一项。
在图2的实施例中，没有预见输出匹配电路110。天线108被通信装置202所替代，所述通信装置202允许使用设备200所产生的太赫兹信号So来进行无线通信。
在图3至图6中示出了负载晶体管的一般功能。
图3示出了图300，所述图300包括横坐标301，沿着横坐标301绘制集电极-发射极电压VCE。沿着纵坐标302绘制集电极电流IC。将负载线303指示为常规操作的双极型晶体管的特性曲线。图3示出了负载双极型器件的特性，所述负载双极型器件是具有负载晶体管RL 132的双极型晶体管。
图4示出了图400，所述图400具有横坐标401，沿着横坐标401绘制时间。沿着纵坐标402绘制基极-发射极电压VBE。图400示出了信号403，所述信号403可以作为输入信号施加至双极型晶体管102并且具有恒定的偏移贡献403以及附加的时间变化贡献，导致了输入信号404中的添加。
图5示出了图500，所述图500具有横坐标501，沿着横坐标501绘制时间。沿着纵坐标502绘制集电极电流IC。如从图5可以看出，集电极电流常规地遵循曲线503，所述曲线503具有通过施加图4所示的输入信号而导致的峰值。
因此，图3至图5示出了常规操作的双极型晶体管的一般功能。向恒定的偏移值403添加随时间变化的较小信号，得到了输入信号404，所述输入信号404被施加到晶体管输入，作为基极-发射极电压VBE。从而，由于可以在理想区域中以指数方式来描述集电极电流IC，IC具有图5所示的形状。
然而，在较大的电流和较大的集电极-发射极电压处，晶体管进入回跳状态，集电极电流的指数描述不再适用。因此，该操作区域没有被很好地描述，并且尤其是以经验性地描述。因此，该区域中的任何电路优化都无法通过常规方法来实现。
已经认识到该状态的基于物理的描述，这已经被开发和证实，使得可以实现精确的仿真和电路优化。
通过纠正性地选择负载电阻RL以及基极和发射极端子处的镇流电阻，可以得到如图6中的图600所示的负载线303穿过临界电流线603的情况，其中图6所示的图600具有横坐标601和纵坐标602，沿着横坐标601绘制集电极-发射极电压VCE，并沿着纵坐标602绘制集电极电流IC。穿过临界线603使得集电极电流变得非常非线性、非对称并且高度不连续。这种尖锐的电流转变可能导致谐波的产生，所述谐波具有高于输入频率的量级，并且甚至高于晶体管的最大操作频率的量级。
由于适当地描述的回跳效应，使得可以建立集电极电流的锐度。由于时域中的尖锐上升与频域中的高傅里叶分量值相对应，因此本发明的实施例使得可以产生甚高频(very high frequency)谐波。
图7示出了图700，所述图700具有横坐标701，沿着横坐标701绘制时间。沿着纵坐标702绘制集电极电流IC。除了常规的响应曲线503以外，图7还示出了在进入回跳状态时实现的回跳曲线703。如从曲线703可以看出的，集电极电流具有非常急剧的上升沿，该上升沿在傅里叶变换谱中与高达太赫兹甚至更高的甚高频相对应。
图8示出了图800，图800示出了沿着纵坐标802绘制的集电极电流IC以及沿着横坐标801绘制的集电极-发射极电压VCE的特性曲线。
在正常操作区域803所指示的较低集电极电流值和较低集电极-发射极电压值处，以常规方式操作双极型晶体管。在回跳点804处，曲线返回并进入回跳区域。回跳区域805是一种使得能够实现根据本发明示例实施例的高频产生的操作模式。
图9示出了图900，图900具有横坐标901，沿着横坐标901绘制集电极-发射极电压VCE。沿着纵坐标902绘制集电极电流IC。曲线903示出了沿着横坐标901和纵坐标902绘制的参数的相关性，使得较大的基极电流产生可以从所谓的稳定线得到的许多回跳点。第一箭头904指示正常操作区域，而操作区域905指示本发明的实施例以产生高谐波的方式操作的区域。
图10示出了振荡器电路，所述振荡器电路包括双极型晶体管102、回跳调节电阻RB和RE、负载电阻RL以及提供电源电压VSS的电压源1001。提供第一附加电阻器1002和第二附加电阻器1003以形成反馈回路所需的DC和RF分压器。反馈回路将输出信号So馈送回输入。换言之，输入信号Si从输出信号So中导出。此外，将振荡器电容器1004添加在反馈回路与地之间。
在具体实施例中，振荡器电容1004可以采用变容二极管，以便使振荡频率电可调节。
将该电路用作振荡器的技巧是对DC和RF电压进行偏置，使得在输出电压中出现滞后现象(参见图11)。
作为开始，执行电路仿真以测试振荡构思在甚低频(20KHz)情况下的可行性，其中振荡器电容COSC＝5μF、RL＝10Ω、RE＝RB＝0、VSS＝3.8V、第一附加电阻器R1＝50Ω以及第二附加电阻器R2＝20Ω。这些参数值对于使用BNASHM04×20.7 QUBiC4X晶体管来得到稳定的振荡器行为而言是足够的。然而，通过选择正确的参数来调节回跳曲线，任何其他双极型晶体管都是合适的。瞬态电路仿真清楚地示出了振荡行为。
当减小外部电容器1004的值COSC时，可以增大振荡频率。通过减小外部COSC值来增大振荡频率。可以通过采用COSC＝0来得到最终的振荡频率，从而仅由内部晶体管CBE来确定该频率。周期性的稳态电路仿真揭示出振荡器的稳定行为。然而，对于小于12pF的COSC值，由于在集电极电流中不再存在滞后现象，因此振荡器停止。相信这是由于电路仿真器中对回跳区域的不正确建模而导致的。然而，实验结果表明，可以在不破坏晶体管的情况下测量回跳行为。由于在甚高频处不能执行电路仿真，所以尝试估计最大振荡频率。在第一级，通过内部基极-发射极电容除以频率fv来确定最大振荡频率。这里，对于具有ft＝120GHz的晶体管而言，最大振荡估计是在10-100GHz之间。
在另一实施例中，将外部电容器1004替换成内部晶体管集电极-衬底电容器CCS，可以通过相对于集电极电压来改变衬底电压(即，修改CCS的值)来调节振荡频率。内部集电极电阻扮演RL的作用。如果不需要外部RE和RB(即，内部值足够高以获得回跳)，分压器仅需要两个外部电阻器。
在另一实施例中，可以在振荡器模式下使用晶体管，同时在THz区域中产生较高谐波。
应注意，术语“包括”并不排除其他元件或特征，“一个”或“一种”并不排除多个。此外，可以将与不同实施例相关联地描述的元件进行组合。
应注意，权利要求中的附图标记不应被解释为限制权利要求的范围。
Claims (14)
1.一种用于产生输出信号(So)的设备(100)，所述输出信号(So)具有与输入信号(Si)的输入频率相比基本上相同或增大的输出频率，所述设备(100)包括：
双极型晶体管(102)，具有基极(B)、集电极(C)、以及发射极(E)；
控制单元(104)，适用于控制输入信号(Si)向基极(B)的施加，以及适用于按照使双极型晶体管(102)在回跳状态下操作的方式来控制集电极(C)与发射极(E)之间的集电极-发射极电压的施加，以得到非线性集电极电流特性，从而产生输出信号(So)，所述输出信号(So)具有由于急剧上升的集电极电流所导致的基本上相同或增大的输出频率。
2.根据权利要求1所述的设备(100)，其中，
所述控制单元(104)适用于把双极型晶体管(102)反复地在回跳状态与正常操作模式之间切换。
3.根据权利要求1所述的设备(100)，其中，
所述输出频率至少为100GHz，具体是至少1THz，更具体是在400GHz到100THz的范围内。
4.根据权利要求1所述的设备(100)，其中，
所述控制单元(104)适用于控制输入信号(Si)向基极(B)的施加，所述输入信号(Si)具有恒定的电压贡献以及随输入频率而振荡的振荡电压贡献。
5.根据权利要求1所述的设备(100)，
包括输入信号匹配单元(106)，所述输入信号匹配单元(106)适用于在将输入信号(Si)提供给基极(B)之前对输入信号(Si)进行匹配。
6.根据权利要求1所述的设备(100)，
包括输出信号接收器单元(108)，所述输出信号接收器单元(108)电耦合至集电极(C)并且适用于接收输出信号(So)。
7.根据权利要求6所述的设备(100，200)，
其中，所述输出信号接收器单元包括由以下项目组成的组中的一项：天线(108)、通信系统(202)、成像系统、医学成像系统、工业成像系统、安全成像系统、分子分析系统、材料内容监控系统、食品监控系统、农业监控系统、爆炸监控系统、以及生化剂检测系统。
8.根据权利要求6所述的设备(100)，
包括输出信号匹配单元(110)，适用于在将输出信号(So)提供给输出信号接收器单元(108)之前对输出信号(So)进行匹配。
9.根据权利要求1所述的设备(200)，
包括输入信号产生单元(204)，适用于产生输入信号(Si)。
10.根据权利要求9所述的设备(200)，其中，
所述输入信号产生单元(204)适用于产生具有小于100GHz的输入频率的输入信号(Si)。
11.根据权利要求1所述的设备(200)，其中，
所述控制单元(104)适用于作为用于对输入信号(Si)的施加进行控制的反馈回路，其中所述输入信号(Si)是从输出信号(So)中导出的。
12.根据权利要求11所述的设备(200)，其中，
所述控制单元(104)包括可调谐电容器，尤其是变容二极管。
13.根据权利要求1所述的设备(100)，
单片集成在半导体衬底中，具体是第IV族半导体衬底中，更具体是硅衬底中。
14.一种产生输出信号(So)的方法，所述输出信号(So)具有与输入信号(Si)的输入频率相比基本上相同或增大的输出频率，所述方法包括：
提供双极型晶体管(102)，所述双极型晶体管(102)具有基极(B)、集电极(C)以及发射极(E)；
控制输入信号(Si)向基极(B)的施加；
按照使双极型晶体管(102)在回跳状态下操作的方式来控制集电极(C)与发射极(E)之间的集电极-发射极电压的施加，以得到非线性集电极电流特性，从而产生输出信号(So)，所述输出信号(So)具有由于急剧上升的集电极电流所导致的基本上相同或增大的输出频率。
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