CN103633941B - 一种产生双频信号的毫米波振荡器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种产生双频信号的毫米波振荡器，包括高Q值电感模块、通路选择模块、第一负阻产生模块、第二负阻产生模块、可调电容模块和TTL驱动模块，其中：高Q值电感模块与可调电容模块构成谐振网络，该谐振网络用于产生基频22.5GHz和30.5GHz的频率；通路选择模块，用于控制第一负阻产生模块或第二负阻产生模块与该谐振网络连接；第一负阻产生模块或第二负阻产生模块，用于产生负阻以维持振荡持续；TTL驱动模块，用于控制通路选择模块的状态，高TTL电平或低TTL电平通过TTL驱动模块控制通路选择模块的状态来实现不同频率的输出。利用本发明，在一个CMOS电路中实现两个压控振荡信号的输出，实现任意频率范围切换，其切换速度满足我国60GHz无线通信系统使用的要求。
Description
技术领域
本发明涉及应用于新一代超高速无线个域网WPAN(Wireless PersonalArea Network)的60GHz毫米波技术，尤其是一种产生双频信号的毫米波振荡器，是60GHz毫米波无线收发机中的重要模块电路。
背景技术
60GHz毫米波无线通信以其高达4Gbps的传输速率和5GHz的带宽，成为下一代超高速无线个域网的首选技术，尤其在无压缩高清视频无线传输等消费类电子领域具有巨大的市场前景。60GHz技术已成为国际上的研究热点，中国60GHz毫米波无线通信分为两个频段42.3-48.4GHz和59-64GHz频段，目前两个频段都已经开放。
60GHz无线通信的优点是能够实现高达Gbps量级的传输速率。该技术将成为超高速无线个域网的主流技术。目前NEC、三星、松下和LG等消费类电子厂商共同成立了WirelessHD联盟来推动60GHz技术在无压缩高清视频传输中的应用，可见其巨大的市场潜力。目前国际上60GHz技术成为了学术界和工业界关注的焦点，国际固态电路会议(InternationalSolid State Circuits Conference)每年开设专题收集60GHz技术相关的论文，60GHz毫米波电路设计、测试等诸多方面的难点受到广泛关注。目前中国的60GHz频谱已经开放，但是由于技术难度较大，针对该频段的应用研究基本上处于空白。
发明内容
(一)要解决的技术问题
针对我国60GHz无线通信系统频谱处于两个频带，通信系统设计难点，本发明的主要目的在于提供一种产生双频信号的毫米波振荡器，以产生两个可以满足我国60GHz无线通信系统使用的振荡信号。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种产生双频信号的毫米波振荡器，包括高Q值电感模块1、通路选择模块2、第一负阻产生模块gm-1、第二负阻产生模块gm-2、可调电容模块4和TTL驱动模块5，其中：高Q值电感模块1与可调电容模块4构成谐振网络，该谐振网络用于产生基频22.5GHz和30.5GHz的频率；通路选择模块2，用于控制第一负阻产生模块gm-1或第二负阻产生模块gm-2与该谐振网络连接；第一负阻产生模块gm-1或第二负阻产生模块gm-2，用于产生负阻以维持振荡持续；TTL驱动模块5，用于控制通路选择模块2的状态，高TTL电平或低TTL电平通过TTL驱动模块5控制通路选择模块2的状态来实现不同频率的输出。
上述方案中，所述通路选择模块2包括两个crtl1开关和两个crtl2开关，通路选择模块2通过不同的开关状态控制第一负阻产生模块gm-1或第二负阻产生模块gm-2连接于产生基频22.5GHz或30.5GHz频率的谐振网络。
上述方案中，当TTL为高电平时，通路选择模块2中的两个crtl1开关闭合、两个crtl2开关断开，第一负阻产生模块(gm-1)与谐振网络连接，此时电路中的内、外环电感为串联状态，调谐电容与电感串联；产生22.5GHz的振荡频率，输出点在内环电感的中心位置，22.5GHz的基波相位相差180度，产生基波对消；二次谐波45GHz相位相差360度幅度叠加；奇数次振荡频率通过对消幅度相互抵消，偶数次振荡频率幅度相叠加输出；输出振荡频率为偶数次频率，考虑到幅度影响，幅度最大的中心为45GHz，调谐Vcrtl开关改变可调电容值，能够将振荡器在41.5GHz-48.5GHz之间调谐。
上述方案中，当TTL为低电平时，通路选择模块2中的两个crtl2开关闭合、两个crtl1开关断开，第二负阻产生模块(gm-2)与谐振网络连接，此时电路中的内、外环电感为串联状态，调谐电容与外环电感并联；产生30.5GHz的振荡频率，输出点在内环电感的中心位置，30.5GHz的基波相位相差180度，产生基波对消；二次谐波61GHz相位相差360度幅度叠加；奇数次振荡频率通过对消幅度相互抵消，偶数次振荡频率幅度相叠加输出；输出振荡频率为偶数次频率，考虑到幅度影响，幅度最大的中心为61GHz，调谐Vcrtl改变可调电容值，能够将振荡器在57GHz-65GHz之间调谐。
(三)有益效果
本发明提供的产生双频信号的毫米波振荡器的优点是：在一个CMOS电路中实现两个压控振荡信号的输出；通过TTL控制电路可以实现任意频率范围切换；其切换速度满足我国60GHz无线通信系统使用的要求；具体包括：
1、本发明提供的产生双频信号的毫米波振荡器，通过采用电感折叠技术，即将环形电感交叉环绕，在环形电感的不同位置输出不同感值，与可调电容模块谐振产生了两个毫米波振荡信号。
2、本发明提供的产生双频信号的毫米波振荡器，通过采用负阻切换技术，即控制接入电路负阻实现振荡器功能，进一步减小压控振荡器的面积，能够在一个电路中持续产生两个毫米波信号，输出两组振荡信号，其振荡中心频率为：22.5GHz和30.5GHz。
3、本发明提供的产生双频信号的毫米波振荡器，通过采用基波对消技术消除基波，即左右两路谐振信号在基波相位差为(2n+1)π时输出，两路基波幅度相等、相位相差(2n+1)π故基波抵消，留取二次谐波为输出振荡信号，其振荡中心频率为：45GHz和61GHz。
4、本发明提供的产生双频信号的毫米波振荡器，通过采用负阻切换技术能够在产生的两个毫米波信号中随意选择输出，即通过开关快速切换，实现不同的负阻模块接入电路，即不同频率输出，其切换速度满足60GHz系统使用的要求。
5、本发明提供的产生双频信号的毫米波振荡器，通过外电压调谐，通过外接-2.5V～+2.5V电压调节可调电容产生不同电容值，实现在不同频率的扫频输出，输出频率的调谐范围分别为41.5GHz-48.5GHz和57GHz-65GHz。
6、本发明提供的产生双频信号的毫米波振荡器，通过TTL信号所控制的开关控制负阻是否接入电路，即通过普通TTL电平无需另加驱动即可实现两个开关状态的切换，从而实现不同的振荡频率。该振荡器采用一个电路切换产生两个振荡信号，减少了硬件使用，直接降低了系统成本。
附图说明
图1是本发明提供的产生双频信号的毫米波振荡器的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
如图1所示，本发明提供的产生双频信号的毫米波振荡器包括高Q值电感模块1、通路选择模块2、第一负阻产生模块gm-1、第二负阻产生模块gm-2、可调电容模块4和TTL驱动模块5，其中，高Q值电感模块1与可调电容模块4构成谐振网络，该谐振网络用于产生基频22.5GHz和30.5GHz的频率；通路选择模块2包括两个crtl1开关和两个crtl2开关，用于控制第一负阻产生模块gm-1或第二负阻产生模块gm-2与该谐振网络连接，通路选择模块2通过不同的开关状态控制第一负阻产生模块gm-1或第二负阻产生模块gm-2连接于产生基频22.5GHz或30.5GHz频率的谐振网络；第一负阻产生模块gm-1或第二负阻产生模块gm-2用于产生负阻以维持振荡持续；TTL驱动模块5用于控制通路选择模块2的状态，TTL电平高低通过TTL驱动模块5控制通路选择模块2的状态来实现不同频率的输出。
当TTL为高电平时，通路选择模块2中的两个crtl1开关闭合、两个crtl2开关断开，第一负阻产生模块(gm-1)与谐振网络连接，此时电路中的内、外环电感为串联状态，调谐电容与电感串联。产生22.5GHz的振荡频率，输出点在内环电感的中心位置，22.5GHz的基波相位相差180度，产生基波对消；二次谐波45GHz相位相差360度幅度叠加。奇数次振荡频率通过对消幅度相互抵消，偶数次振荡频率幅度相叠加输出。输出振荡频率为偶数次频率，考虑到幅度影响，幅度最大的中心为45GHz，调谐Vcrtl改变可调电容值，可将振荡器在41.5GHz-48.5GHz之间调谐。
当TTL为低电平时，通路选择模块2中的两个crtl2开关闭合、两个crtl1开关断开，第二负阻产生模块(gm-2)与谐振网络连接，此时电路中的内、外环电感为串联状态，调谐电容与外环电感并联。产生30.5GHz的振荡频率，输出点在内环电感的中心位置，30.5GHz的基波相位相差180度，产生基波对消；二次谐波61GHz相位相差360度幅度叠加。奇数次振荡频率通过对消幅度相互抵消，偶数次振荡频率幅度相叠加输出。输出振荡频率为偶数次频率，考虑到幅度影响，幅度最大的中心为61GHz，调谐Vcrtl改变可调电容值，可将振荡器在57GHz-65GHz之间调谐。
本发明提供的产生双频信号的毫米波振荡器，通过采用电感折叠技术，即将环形电感交叉环绕，在环形电感的不同位置输出不同感值，与可调电容模块谐振产生了两个毫米波振荡信号；通过采用负阻切换技术，即控制接入电路负阻实现振荡器功能，进一步减小压控振荡器的面积，能够在一个电路中持续产生两个毫米波信号，输出两组振荡信号，其振荡中心频率为：22.5GHz和30.5GHz；通过采用基波对消技术消除基波，即左右两路谐振信号在基波相位差为(2n+1)π时输出，两路基波幅度相等、相位相差(2n+1)π故基波抵消，留取二次谐波为输出振荡信号，其振荡中心频率为：45GHz和61GHz；通过采用负阻切换技术能够在产生的两个毫米波信号中随意选择输出，即通过开关快速切换，实现不同的负阻模块接入电路，即不同频率输出，其切换速度满足60GHz系统使用的要求；通过外电压调谐，通过外接-2.5V～+2.5V电压调节可调电容产生不同电容值，实现在不同频率的扫频输出，输出频率的调谐范围分别为41.5GHz-48.5GHz和57GHz-65GHz；通过TTL信号所控制的开关控制负阻是否接入电路，即通过普通TTL电平无需另加驱动即可实现两个开关状态的切换，从而实现不同的振荡频率。该振荡器采用一个电路切换产生两个振荡信号，减少了硬件使用，直接降低了系统成本。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种产生双频信号的毫米波振荡器，其特征在于，包括高Q值电感模块(1)、通路选择模块(2)、第一负阻产生模块(gm-1)、第二负阻产生模块(gm-2)、可调电容模块(4)和TTL驱动模块(5)，其中：
高Q值电感模块(1)与可调电容模块(4)构成谐振网络，该谐振网络用于产生基频22.5GHz和30.5GHz的频率；
通路选择模块(2)，用于控制第一负阻产生模块(gm-1)或第二负阻产生模块(gm-2)与该谐振网络连接；
第一负阻产生模块(gm-1)或第二负阻产生模块(gm-2)，用于产生负阻以维持振荡持续；
TTL驱动模块(5)，用于控制通路选择模块(2)的状态，高TTL电平或低TTL电平通过TTL驱动模块(5)控制通路选择模块(2)的状态来实现不同频率的输出；
其中，所述高Q值电感模块(1)具有内环电感和外环电感，采用电感折叠技术，即将两个环形电感交叉环绕，在环形电感的不同位置输出不同感值，与可调电容模块(4)谐振产生了两个毫米波振荡信号。
2.根据权利要求1所述的产生双频信号的毫米波振荡器，其特征在于，所述通路选择模块(2)包括两个crtl1开关和两个crtl2开关，通路选择模块(2)通过不同的开关状态控制第一负阻产生模块(gm-1)连接于产生基频22.5GHz的谐振网络，以及控制第二负阻产生模块(gm-2)连接于产生基频30.5GHz频率的谐振网络。
3.根据权利要求2所述的产生双频信号的毫米波振荡器，其特征在于，当TTL为高电平时，通路选择模块(2)中的两个crtl1开关闭合、两个crtl2开关断开，第一负阻产生模块(gm-1)与谐振网络连接，此时电路中的内环电感与外环电感为串联状态，且内环电感与外环电感均与调谐电容相连接；产生22.5GHz的振荡频率，输出点在内环电感的中心位置，22.5GHz的基波相位相差180度，产生基波对消；二次谐波45GHz相位相差360度幅度叠加；奇数次振荡频率通过对消幅度相互抵消，偶数次振荡频率幅度相叠加输出；输出振荡频率为偶数次频率，考虑到幅度影响，幅度最大的中心为45GHz，调谐Vcrtl开关改变可调电容值，能够将振荡器在41.5GHz-48.5GHz之间调谐。
4.根据权利要求2所述的产生双频信号的毫米波振荡器，其特征在于，当TTL为低电平时，通路选择模块(2)中的两个crtl2开关闭合、两个crtl1开关断开，第二负阻产生模块(gm-2)与谐振网络连接，此时电路中的内、外环电感为串联状态，调谐电容与外环电感并联；产生30.5GHz的振荡频率，输出点在内环电感的中心位置，30.5GHz的基波相位相差180度，产生基波对消；二次谐波61GHz相位相差360度幅度叠加；奇数次振荡频率通过对消幅度相互抵消，偶数次振荡频率幅度相叠加输出；输出振荡频率为偶数次频率，考虑到幅度影响，幅度最大的中心为61GHz，调谐Vcrtl改变可调电容值，能够将振荡器在57GHz-65GHz之间调谐。
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