一種互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體全集成71-76GHz LC壓控振蕩器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于毫米波集成電路設(shè)計(jì)的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體 全集成71-76GHZLC壓控振蕩器，可用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的高速無線通信系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 無線通信技術(shù)追求更高速的無線通訊傳輸速率，一種有效方法是增大信道帶寬， 毫米波載波信號(hào)能夠提供較大的信道帶寬，是高速無線通訊傳輸?shù)囊环N理想選擇。2003年 10月，美國聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC)發(fā)布了E-band頻段，其中71-76GHZ和81-86GHZ提供高 低兩個(gè)無線傳輸頻帶，信道帶寬共為lOGHz。近年來基于GaAs、InP等III-V族半導(dǎo)體工藝 和BiCMOS工藝實(shí)現(xiàn)的E-band壓控振蕩器已有成功案例，但由于CMOS工藝下有源器件的截 止頻率相對(duì)較低，基于CMOS工藝實(shí)現(xiàn)毫米波寬帶的壓控振蕩器始終是一大難點(diǎn)。
[0003] 娃基微處理器和內(nèi)存等高速數(shù)字電路的發(fā)展推動(dòng)了CMOS器件速度的飛速上升， 給CMOS毫米波壓控振蕩器電路設(shè)計(jì)帶來了可能。CMOS電路具有集成度高、成本低的優(yōu)點(diǎn)， 可W與毫米波前端電路和基帶電路很好的集成，在SoC系統(tǒng)集成上具有顯著優(yōu)勢(shì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體全集成71-76GHZLC壓控振蕩 器。
[0005] 本發(fā)明的目的是該樣實(shí)現(xiàn)的： 一種互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體全集成71-76GHZLC壓控振蕩器，它由NM0SFET器件和無 源器件相結(jié)合組成的能產(chǎn)生負(fù)阻的交叉禪合結(jié)構(gòu)，其具體形式為： 第一NM0S管Ml的源極與第二NM0S管M2的源極相連，并共同與地線GND相連，第一NM0S管Ml的漏極與第二NM0S管M2的柵極相連，第二NM0S管M2的漏極與第一NM0S管Ml 的柵極相連，第一NM0S管Ml的漏極與第一可變電容Cl的一端相連，第一可變電容Cl的另 一端與第二可變電容C2的一端相連并與外部調(diào)諧控制端Vtune相連，第二可變電容C2的 另一端與第二NM0S管M2的漏極相連，第一NM0S管Ml的漏極與傳輸線差分電感L1的一端 相連，傳輸線差分電感L1的另一端與第二NM0S管M2的漏極相連，傳輸線差分電感L1的中 間抽頭與電源線VDD相連；第一NM0S管Ml的漏極為振蕩信號(hào)的同相輸出端VP，第二晶體 管M2的漏極為振蕩信號(hào)的反相輸出端VN。
[0006] 所述傳輸線差分電感L1為U形。
[0007] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于： (1)中屯、頻率高 本發(fā)明的壓控振蕩器采用NM0S交叉禪合結(jié)構(gòu)，盡可能地減小了寄生電容，并且U形傳 輸線電感的感值較小，實(shí)現(xiàn)了更高的中屯、頻率，即可達(dá)到71 - 76GHz的振蕩頻率。
[000引 口湘位噪聲性能好 差分電感和可變電容的品質(zhì)因數(shù)在75GHz都高于20,并且電路的結(jié)構(gòu)中沒有采用尾電 流源，提高了電路的相位噪聲特性，在中屯、頻率73. 86GHz下，IMHz和lOMHz頻偏處相位噪聲 可達(dá)到-89. 47地c/Hz和-116. 2地c/Hz。
[000引樹功耗低 電源電壓僅由第一NM0S管Ml和第二NM0S管M2的柵電壓決定，其它器件不消耗直流 電壓裕度，所W電源電壓可W設(shè)計(jì)為較低的0. 9V，電路整體功耗較低。
【附圖說明】
[0010] 圖1為本發(fā)明電路圖； 圖2為本發(fā)明傳輸線差分電感L1外形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011] W下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。 實(shí)施例
[0012] 參閱圖1，該電路的結(jié)構(gòu)為差分NM0S交叉禪合結(jié)構(gòu)，能提供差分輸出。第一NM0S 管Ml和第二NM0S晶體管M2互為交叉禪合連接，提供負(fù)阻W抵消差分電感、第一可變電容 C1和第二可變電容C2的損耗，從而維持振蕩。第一NM0S管Ml和第二NM0S管M2的寬長比 進(jìn)行了合理的選取，一方面減小了自身的寄生電容，一方面滿足了起振條件。傳輸線差分電 感L1采用U形傳輸線電感構(gòu)成，傳輸差分電感L1的中間抽頭與電源電壓相連。第一NM0S 管Ml的漏極和第二NM0S管M2的漏極到地的寄生電容分別為Cpi和Cp2,如圖1用虛線表 示，它們與傳輸線差分電感L1W及第一可變電容C1、第二可變電容C2構(gòu)成LC諧振腔，振蕩 頻率由下式?jīng)Q定
寄生電容Cpi的大小主要由第一NM0S管Ml的寬長比決定，由式（1)可見，只要合理選 取11、C1和Cpi的取值，振蕩器的調(diào)諧范圍就能覆蓋71-76GHZ。
[0013] 本實(shí)施例所有器件尺寸見表1。
[0014]表 1
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體全集成71-76GHzLC壓控振蕩器，其特征在于該振蕩器 器由NMOSFET器件和無源器件相結(jié)合組成的能產(chǎn)生負(fù)阻的交叉耦合結(jié)構(gòu)，其具體形式為： 第一NMOS管Ml的源極與第二NMOS管M2的源極相連，并共同與地線GND相連，第一NMOS管Ml的漏極與第二NMOS管M2的柵極相連，第二NMOS管M2的漏極與第一NMOS管Ml 的柵極相連，第一NMOS管Ml的漏極與第一可變電容Cl的一端相連，第一可變電容Cl的另 一端與第二可變電容C2的一端相連并與外部調(diào)諧控制端Vtune相連，第二可變電容C2的 另一端與第二NMOS管M2的漏極相連，第一NMOS管Ml的漏極與傳輸線差分電感Ll的一端 相連，傳輸線差分電感Ll的另一端與第二NMOS管M2的漏極相連，傳輸線差分電感Ll的中 間抽頭與電源線VDD相連；第一NMOS管Ml的漏極為振蕩信號(hào)的同相輸出端VP，第二晶體 管M2的漏極為振蕩信號(hào)的反相輸出端VN。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓控振蕩器，其特征在于所述傳輸線差分電感Ll為U形。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體全集成71-76GHz LC壓控振蕩器，采用差分NMOS交叉耦合結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，與PMOS交叉耦合結(jié)構(gòu)相比，貢獻(xiàn)的寄生電容較小，因而能夠獲得更高的振蕩頻率。此外，壓控振蕩器中的差分電感采用U形傳輸線差分電感，具有較小的感值，可以進(jìn)一步提高振蕩頻率。本發(fā)明的振蕩電路，其調(diào)諧范圍為70.97-76.76GHz，在中心頻率73.86GHz下，1MHz和10MHz頻偏處相位噪聲分別為-89.47dBc/Hz和-116.2dBc/Hz，功耗為10.8毫瓦。可作為E-band無線通信系統(tǒng)的本振信號(hào)源，也可作為頻率綜合器中的壓控振蕩器使用。
【IPC分類】H03B5/32
【公開號(hào)】CN104917463
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510360577
【發(fā)明人】石春琦, 張潤曦, 嚴(yán)一宇, 賴宗聲, 張健
【申請(qǐng)人】華東師范大學(xué)
【公開日】2015年9月16日
【申請(qǐng)日】2015年6月26日