CN104917463A - 一种互补金属氧化物半导体全集成71-76GHz LC压控振荡器 - Google Patents

一种互补金属氧化物半导体全集成71-76GHz LC压控振荡器 Download PDF

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石春琦
张润曦
严一宇
赖宗声
张健
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Abstract

本发明公开了一种互补金属氧化物半导体全集成71-76GHz LC压控振荡器，采用差分NMOS交叉耦合结构实现，与PMOS交叉耦合结构相比，贡献的寄生电容较小，因而能够获得更高的振荡频率。此外，压控振荡器中的差分电感采用U形传输线差分电感，具有较小的感值，可以进一步提高振荡频率。本发明的振荡电路，其调谐范围为70.97-76.76GHz，在中心频率73.86GHz下，1MHz和10MHz频偏处相位噪声分别为-89.47dBc/Hz和-116.2dBc/Hz，功耗为10.8毫瓦。可作为E-band无线通信系统的本振信号源，也可作为频率综合器中的压控振荡器使用。

Description

一种互补金属氧化物半导体全集成71-76GHz LC压控振荡器
技术领域
本发明属于毫米波集成电路设计的技术领域，尤其是一种互补金属氧化物半导体全集成71-76GHz LC压控振荡器，可用于点对点的高速无线通信系统。
背景技术
无线通信技术追求更高速的无线通讯传输速率，一种有效方法是增大信道带宽，毫米波载波信号能够提供较大的信道带宽，是高速无线通讯传输的一种理想选择。2003年10月，美国联邦通信委员会（FCC）发布了E-band频段，其中71-76GHz和81-86GHz提供高低两个无线传输频带，信道带宽共为10GHz。近年来基于GaAs、InP等III-V族半导体工艺和BiCMOS工艺实现的E-band压控振荡器已有成功案例，但由于CMOS工艺下有源器件的截止频率相对较低，基于CMOS工艺实现毫米波宽带的压控振荡器始终是一大难点。
硅基微处理器和内存等高速数字电路的发展推动了CMOS器件速度的飞速上升，给CMOS毫米波压控振荡器电路设计带来了可能。CMOS电路具有集成度高、成本低的优点，可以与毫米波前端电路和基带电路很好的集成，在SoC系统集成上具有显著优势。
发明内容
本发明的目的是提供一种互补金属氧化物半导体全集成71-76GHz LC压控振荡器。
本发明的目的是这样实现的：
一种互补金属氧化物半导体全集成71-76GHz LC压控振荡器，它由NMOSFET器件和无源器件相结合组成的能产生负阻的交叉耦合结构，其具体形式为：
第一NMOS管M1的源极与第二NMOS管M2的源极相连，并共同与地线GND相连，第一NMOS管M1的漏极与第二NMOS管M2的栅极相连，第二NMOS管M2的漏极与第一NMOS管M1的栅极相连，第一NMOS管M1的漏极与第一可变电容C1的一端相连，第一可变电容C1的另一端与第二可变电容C2的一端相连并与外部调谐控制端Vtune相连，第二可变电容C2的另一端与第二NMOS管M2的漏极相连，第一NMOS管M1的漏极与传输线差分电感L1的一端相连，传输线差分电感L1的另一端与第二NMOS管M2的漏极相连，传输线差分电感L1的中间抽头与电源线VDD相连；第一NMOS管M1的漏极为振荡信号的同相输出端VP，第二晶体管M2的漏极为振荡信号的反相输出端VN。
所述传输线差分电感L1为U形。
本发明的优点在于：
⑴    中心频率高
本发明的压控振荡器采用NMOS交叉耦合结构，尽可能地减小了寄生电容，并且U形传输线电感的感值较小，实现了更高的中心频率，即可达到71－76GHz的振荡频率。
⑵    相位噪声性能好
差分电感和可变电容的品质因数在75GHz都高于20，并且电路的结构中没有采用尾电流源，提高了电路的相位噪声特性，在中心频率73.86GHz下，1MHz和10MHz频偏处相位噪声可达到-89.47dBc/Hz和-116.2dBc/Hz。
⑶    功耗低
电源电压仅由第一NMOS管M1和第二NMOS管M2的栅电压决定，其它器件不消耗直流电压裕度，所以电源电压可以设计为较低的0.9V，电路整体功耗较低。
附图说明
图1为本发明电路图；
图2为本发明传输线差分电感L1外形图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明进行详细描述。
实施例
参阅图1，该电路的结构为差分NMOS交叉耦合结构，能提供差分输出。第一NMOS管M1和第二NMOS晶体管M2互为交叉耦合连接，提供负阻以抵消差分电感、第一可变电容C1和第二可变电容C2的损耗，从而维持振荡。第一NMOS管M1和第二NMOS管M2的宽长比进行了合理的选取，一方面减小了自身的寄生电容，一方面满足了起振条件。传输线差分电感L1采用U形传输线电感构成，传输差分电感L1的中间抽头与电源电压相连。第一NMOS管M1的漏极和第二NMOS管M2的漏极到地的寄生电容分别为Cp1 和Cp2，如图1用虚线表示，它们与传输线差分电感L1以及第一可变电容C1、第二可变电容C2构成LC谐振腔，振荡频率由下式决定
                                                                  （1）
寄生电容Cp1的大小主要由第一NMOS管M1的宽长比决定，由式（1）可见，只要合理选取L1、C1和Cp1的取值，振荡器的调谐范围就能覆盖71-76GHz。
本实施例所有器件尺寸见表1。
表1

Claims (2)

1.一种互补金属氧化物半导体全集成71-76GHz LC压控振荡器，其特征在于该振荡器器由NMOSFET器件和无源器件相结合组成的能产生负阻的交叉耦合结构，其具体形式为：
第一NMOS管M1的源极与第二NMOS管M2的源极相连，并共同与地线GND相连，第一NMOS管M1的漏极与第二NMOS管M2的栅极相连，第二NMOS管M2的漏极与第一NMOS管M1的栅极相连，第一NMOS管M1的漏极与第一可变电容C1的一端相连，第一可变电容C1的另一端与第二可变电容C2的一端相连并与外部调谐控制端Vtune相连，第二可变电容C2的另一端与第二NMOS管M2的漏极相连，第一NMOS管M1的漏极与传输线差分电感L1的一端相连，传输线差分电感L1的另一端与第二NMOS管M2的漏极相连，传输线差分电感L1的中间抽头与电源线VDD相连；第一NMOS管M1的漏极为振荡信号的同相输出端VP，第二晶体管M2的漏极为振荡信号的反相输出端VN。
2.根据权利要求1所述的压控振荡器，其特征在于所述传输线差分电感L1为U形。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105811883A (zh) * 2016-02-29 2016-07-27 天津大学 一种采用硅基cmos工艺实现的太赫兹振荡器
CN106067764A (zh) * 2016-06-13 2016-11-02 华东师范大学 CMOS低增益宽调谐范围全集成Ka波段毫米波正交压控振荡器
CN109690930A (zh) * 2016-09-16 2019-04-26 高通股份有限公司 可变电容器串联调谐配置
CN112104328A (zh) * 2020-09-02 2020-12-18 华东师范大学 一种使用协同调谐缓冲器的宽范围低功率波动压控振荡器
CN115102502A (zh) * 2022-07-20 2022-09-23 香港中文大学（深圳） 一种驻波振荡器及其工作频率调节方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1639961A (zh) * 2002-03-04 2005-07-13 因芬尼昂技术股份公司 可调谐电容性组件及备有该组件之lc震荡器
CN101777871A (zh) * 2009-01-09 2010-07-14 复旦大学 一种注入锁定分频器
US20110169581A1 (en) * 2010-01-13 2011-07-14 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Ring-shaped voltage control oscillator
CN103107811A (zh) * 2012-12-07 2013-05-15 南京邮电大学 一种低相位噪声电感电容压控振荡器

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1639961A (zh) * 2002-03-04 2005-07-13 因芬尼昂技术股份公司 可调谐电容性组件及备有该组件之lc震荡器
CN101777871A (zh) * 2009-01-09 2010-07-14 复旦大学 一种注入锁定分频器
US20110169581A1 (en) * 2010-01-13 2011-07-14 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Ring-shaped voltage control oscillator
CN103107811A (zh) * 2012-12-07 2013-05-15 南京邮电大学 一种低相位噪声电感电容压控振荡器

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105811883A (zh) * 2016-02-29 2016-07-27 天津大学 一种采用硅基cmos工艺实现的太赫兹振荡器
CN105811883B (zh) * 2016-02-29 2018-08-24 天津大学 一种采用硅基cmos工艺实现的太赫兹振荡器
CN106067764A (zh) * 2016-06-13 2016-11-02 华东师范大学 CMOS低增益宽调谐范围全集成Ka波段毫米波正交压控振荡器
CN106067764B (zh) * 2016-06-13 2019-03-01 华东师范大学 CMOS低增益宽调谐范围全集成Ka波段毫米波正交压控振荡器
CN109690930A (zh) * 2016-09-16 2019-04-26 高通股份有限公司 可变电容器串联调谐配置
CN112104328A (zh) * 2020-09-02 2020-12-18 华东师范大学 一种使用协同调谐缓冲器的宽范围低功率波动压控振荡器
CN112104328B (zh) * 2020-09-02 2023-07-25 华东师范大学 一种使用协同调谐缓冲器的宽范围低功率波动压控振荡器
CN115102502A (zh) * 2022-07-20 2022-09-23 香港中文大学（深圳） 一种驻波振荡器及其工作频率调节方法
CN115102502B (zh) * 2022-07-20 2023-03-24 香港中文大学（深圳） 一种驻波振荡器及其工作频率调节方法

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