硅基毫米波高功率振荡器的研究

发布时间：2020-06-06 10:59

【摘要】：随着无线通信和物联网的快速发展,用户对数据的传输速率要求逐渐提高。香农定理指出传输速率的提高需要更高的带宽,而低频段的拥挤频谱限制了带宽,所以毫米波电路成为近年来射频电路的主要研究方向。毫米波具有频带宽、频谱资源丰富等优势,而且随着硅基工艺特征尺寸的减小,MOS器件截止频率fT和最大振荡频率fmax得以提高,使CMOS毫米波电路成为可能。压控振荡器(VCO)作为锁相环(PLL)和射频收发模块中的关键部分,是本文重点研究的内容。首先,本文探讨了振荡器的研究意义和国内外研究现状,随后分析了振荡器的振荡原理以及几种相位噪声模型,并对无源器件进行了相应介绍。在此基础上本文设计了一款低噪声VCO和一款高功率振荡器,主要研究内容如下:1.对低相位噪声VCO进行研究。通过分析振荡器中的约束条件,选取合适的电感电容值来优化相位噪声:另外提出大电容滤波、谐振网络滤波、开关电容阵列等方法来降低尾电流源引入的噪声。通过以上技术基于65nm CMOS工艺实现了一款振荡频率为76GHz、相位噪声为-90.5d Bc/Hz@1MHz的振荡器,其中振荡幅度为2.0V,调谐范围为75.11-77.63GHz。2.对高功率振荡器进行研究。本设计通过梅森不变量来分析MOS器件的有源状态,找出最佳相位点和最佳增益点,并采用多层共面波导(MCPW)结构优化无源器件,提高其品质因数,使振荡器的基波频率接近有源器件的最高振荡频率。同时,本设计也采用Triple-push结构实现三次谐波输出,并利用功率合成技术提升谐波输出功率,实现了同时具有高频率、高功率特性的CMOS太赫兹压控振荡器,使振荡频率突破了截止频率和最大振荡频率的限制。此振荡器基于65nm CMOS工艺实现,振荡频率为291GHz,输出功率达-9.4dBm。
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN752

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本文编号：2699578