[发明专利]一种毫米波倍频器及级联倍频器

说明书

技术领域

本发明属于射频/毫米波集成电路技术领域，尤其是提供一种毫米波倍频器及级联倍频器。

背景技术

毫米波是波长为1-10毫米(频率30-300GHz)的无线电波，毫米波技术可以广泛运用于卫星通信、导航、遥感遥测、天文观测等领域。近些年，随着集成电路技术的飞速发展，在半导体集成电路、乃至硅基CMOS集成电路上实现毫米波关键电路及系统成为了可能，从而极大地拓展了毫米波技术在人们日常生活中的应用领域，如60GHz局域点对点超高速无线通信、77GHz汽车导航与防碰撞雷达、94GHz微波成像与超高速无线通信等。

在毫米波集成电路中，毫米波信号源是关键技术之一。传统方案采用VCO直接输出毫米波信号，然而这种方法由于直接使VCO工作在高频(几十到几百GHz)，一方面对于集成电路尤其是硅基BiCMOS或CMOS工艺而言设计难度很大，另一方面功耗水平很高。因此，人们发展出了利用倍频器的方案：先通过一个工作在低频的VCO产生较低频率的信号，然后通过倍频器输出高频信号，这种思路极大的简化了VCO的设计难度和功耗。如图1所示的经典倍频器原理图：偏置Class-B状态下的放大器产生二阶非线性项，通过电感L1和电容C1在二阶频率处谐振从而加强二阶输出，然后通过由电感、电容实现的带通滤波器将其他频率分量滤除，最终实现倍频功能；基于这种基本原理发展出来的倍频器有很多，如文献Jung-HanChen，and Huei Wang，“A High Gain，High Power K-Band Frequency Doubler in 0.18um CMOSProcess”，IEEE Microwave and Wireless Components Letters，Vol.20，No.9，pp.522-524，Sept.2010阐述了上述原理实现的CMOS K-Band倍频器。除此之外，人们还发展出了其它倍频器技术。如文献Katsuji Kimura，“A Bipolar Four-Quadrant Analog Quarter-Square MultiplierConsisting of Unbalanced Emitter-Coupled Pairs and Expansions of Its Input Ranges”，IEEEJournal of Solid-State Circuits，Vol.29，No.1，pp.46-55，Jan.1994报道了如图2所示的基于非平衡差分对技术的倍频器，文献Eunyoung Seok，Changhua Cao，Dongha Shim，Daniel J.Arenas，David B.Tanner，Chin-Ming Hung，Kenneth K.O，“A 410GHz CMOS Push-Push Oscillator withan On-Chip Patch Antenna”，IEEE ISSCC，pp.472-473，Feb.2008阐述了如图3所示的基于利用VCO二阶非线性实现的倍频器。还有两种方法可以实现倍频功能，一是通过混频器实现，二是谐波注入锁定VCO实现。

目前，现有的文献和专利所述的倍频器方案和技术，很多都没有解决功耗太高的问题，这就极大地限制了这些技术的应用，如以电池供电的个人移动终端对低功耗的要求很高；而有些虽然具备了低功耗的特征，但输出频谱不干净、其他谐波成本太高，无法满足系统要求；输出倍频信号太弱，仍然需要高功耗的高频放大器放大倍频信号，这就丧失了低功耗的优势。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型的毫米波倍频器及级联倍频器，尤其适用于集成电路。具有可在硅基BiCMOS/CMOS工艺上单芯片集成、功耗低、输出信号强、输出频谱纯、谐波抑制好的特点。

本发明的技术方案为：

一种毫米波倍频器，其特征在于包括：伪差分房大器、LC并联谐振腔、LC串联谐振腔；所述LC并联谐振腔连接在所述伪差分放大器的输出端与电源VDD之间，所述LC串联谐振腔连接在所述伪差分放大器的输出端与地线之间，所述伪差分放大器的两输入端分别与输入基频信号f₀的正端、负端连接；其中，LC并联谐振腔的谐振频率为2f₀，LC串联谐振腔的谐振频率为4f₀。

进一步的，所述伪差分放大器的偏置状态为Class-B状态；所述输入基频信号f₀为差分信号。