应用于超宽带毫米波频率源的24-40GHz二分频器设计

发布时间：2020-06-22 22:26

【摘要】：频率合成器是射频收发机的重要组成部件,其作用是为收发机提供高稳定度、低相位噪声、有足够驱动能力的本地振荡信号。在基于电荷泵锁相环的毫米波频率合成器中,由于可编程分频器的工作频率受限,系统通常使用固定分频比的分频器(比如,二分频)将压控振荡器的输出信号进行分频后再做进一步处理。本文简要论述了电荷泵频率合成器的结构、线性化模型及噪声模型,确定了分频器对环路噪声性能的影响。在此基础上,总结和比较了目前在毫米波频段广泛采用的注入锁定式、再生式、数字式分频器的原理、结构以及性能优劣。由系统对分频器的指标要求可知,宽工作温度范围、宽频率范围与低相位噪声特性是主要的设计目标。在结合文献调研的基础上,最终确定了以高工作频率、大带宽、低相位噪声为特点的再生式分频器作为主要研究方向。在保证电路良好的高频性能的前提下,本文对传统再生式分频器的电路结构做了一定的简化与改进:为了尽量减小芯片面积,去除了跨阻放大器和峰化电感;为了达到良好的低频性能,混频器负载节点并联电容。本文对吉尔伯特双平衡混频器的传输特性以及频率响应特性进行了详细分析,并在0.13μm SiGe BiCMOS工艺下完成了一款再生式二分频电路的设计、前仿真、版图设计、后仿真、电磁场混合后仿真以及测试方案的制定。电磁场混合后仿真结果如下:在仿真结果最差条件(SS工艺角,125℃)下,分频范围为20~50GHz,相位噪声性能为-125.0dBc/Hz@1kHz、-142.7dBc/Hz@1MHz,工作电流为43.7mA。电磁场混合仿真结果表明,该设计满足指标要求,并保留了一定的设计余量。本文设计的宽带高速二分频器电路已应用于超宽带毫米波频率源芯片中。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN74;TN772
【图文】：

结构图,工作波形,结构图

（b）PFD/CP 的工作波形图 2-4 PFD/CP 的结构图与工作波形表示为reff 与backf 之间的相位差。由文献[16]论述的原理分析可得到out cp cp( )( ) ( )2tI t I t K 2.1）进行拉普拉斯变换，得到其 PFD/CP 的传递函数为cpcp( )( ) 2II sKs 滤波器器滤除 CP 输出电流中的高频交流分量，同时将电流信号转换为电压信C 滤波器，其输入阻抗记作 Zlf(s)。器中的环路滤波器的结构如图 2-5 所示，分为两种类型：无源滤波器与ICPR1C2C3R3VcR1C1C2C2Vc

特征频率

分频器内核输入缓冲电路输出缓冲电路偏置电路图 3-1 再生式分频器的基本实现框图由于微波测试仪器均为 50 欧姆输出，这就要求芯片的输入输出阻抗均为 50 欧姆。输入缓冲电路的作用是提供输入 50 欧姆匹配，同时起到电平移位的作用，为核心电路提供合适的偏置条件。输出缓冲电路的作用是提供 50 欧姆输出匹配，同时也保证一定的输出信号摆幅。偏置电流源的作用是为以上各个电路模块提供合理的电流偏置。分频器的内核电路是实现分频功能的核心电路，即将输入信号的频率降一半并输出。3.1.2 器件类型的选择本次设计采用的 0.13μm SiGe BiCMOS 工艺提供了 MOSFET 和 HBT 两种不同类型的有源器件。如图 3-2 所示，HBT 与 NMOS 特征频率的对比为器件类型的选择提供了依据。

【参考文献】