【摘要】：隨著無線通信和物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展,用戶對數(shù)據(jù)的傳輸速率要求逐漸提高。香農(nóng)定理指出傳輸速率的提高需要更高的帶寬,而低頻段的擁擠頻譜限制了帶寬,所以毫米波電路成為近年來射頻電路的主要研究方向。毫米波具有頻帶寬、頻譜資源豐富等優(yōu)勢,而且隨著硅基工藝特征尺寸的減小,MOS器件截止頻率fT和最大振蕩頻率fmax得以提高,使CMOS毫米波電路成為可能。壓控振蕩器(VCO)作為鎖相環(huán)(PLL)和射頻收發(fā)模塊中的關鍵部分,是本文重點研究的內(nèi)容。首先,本文探討了振蕩器的研究意義和國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,隨后分析了振蕩器的振蕩原理以及幾種相位噪聲模型,并對無源器件進行了相應介紹。在此基礎上本文設計了一款低噪聲VCO和一款高功率振蕩器,主要研究內(nèi)容如下:1.對低相位噪聲VCO進行研究。通過分析振蕩器中的約束條件,選取合適的電感電容值來優(yōu)化相位噪聲:另外提出大電容濾波、諧振網(wǎng)絡濾波、開關電容陣列等方法來降低尾電流源引入的噪聲。通過以上技術基于65nm CMOS工藝實現(xiàn)了一款振蕩頻率為76GHz、相位噪聲為-90.5d Bc/Hz@1MHz的振蕩器,其中振蕩幅度為2.0V,調(diào)諧范圍為75.11-77.63GHz。2.對高功率振蕩器進行研究。本設計通過梅森不變量來分析MOS器件的有源狀態(tài),找出最佳相位點和最佳增益點,并采用多層共面波導(MCPW)結(jié)構優(yōu)化無源器件,提高其品質(zhì)因數(shù),使振蕩器的基波頻率接近有源器件的最高振蕩頻率。同時,本設計也采用Triple-push結(jié)構實現(xiàn)三次諧波輸出,并利用功率合成技術提升諧波輸出功率,實現(xiàn)了同時具有高頻率、高功率特性的CMOS太赫茲壓控振蕩器,使振蕩頻率突破了截止頻率和最大振蕩頻率的限制。此振蕩器基于65nm CMOS工藝實現(xiàn),振蕩頻率為291GHz,輸出功率達-9.4dBm。
【學位授予單位】：杭州電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN752

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本文編號：2699578