移動通信領(lǐng)域隨著時代不斷地向前邁進(jìn),經(jīng)過逐年創(chuàng)新和發(fā)展,出現(xiàn)了越來越多的無線通訊技術(shù)、人工智能的產(chǎn)品融入到人們的生活當(dāng)中。當(dāng)前5G移動通訊技術(shù)正逐步地普及,高頻信號的工作頻段非常充足,而低頻段的復(fù)用率漸漸飽和,導(dǎo)致信道工作空間逐漸變得擁擠。研究毫米波級信號傳輸能夠很大程度上緩和低頻段信道工作的負(fù)擔(dān),同時毫米波的優(yōu)勢使得信號的傳輸在穩(wěn)定性、保密性、高效性上有很大的提高,所以對毫米波無線通訊技術(shù)的研究在當(dāng)今的通信領(lǐng)域是不可或缺的。本文基于SiGe BiCMOS工藝設(shè)計了毫米波壓控振蕩器和注入鎖定分頻器。論文對壓控振蕩器的起振類型、指標(biāo),以及無源器件特點方面做了分析和介紹。然后對毫米波壓控振蕩器和寬鎖定范圍的注入鎖定分頻器進(jìn)行設(shè)計。其主要內(nèi)容如下:1、毫米波壓控振蕩器結(jié)構(gòu)選擇Colpitts結(jié)構(gòu),采用基極發(fā)射極短接的HBT管作變?nèi)莨?最終實現(xiàn)的壓控振蕩器的頻率調(diào)諧范圍是213.9～224.2GHz,電源供電是1.8V,電路的輸出功率是3.4～4.8d Bm,版圖面積是0.13mm²,電路功耗是15.15m W,在頻偏10MHz處的相位噪聲是-102.25d Bc/Hz。... 

【文章來源】：杭州電子科技大學(xué)浙江省

【文章頁數(shù)】：74 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

差分中心對稱的八邊形電感結(jié)構(gòu)圖(a)和3D模型圖(b)

杭州電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文3310012014016018020022024034363840424446L/pHfreq/GHzL圖3.7不同金屬線寬W對應(yīng)的電感感值隨頻率的變化曲線圖在圖3.7中，感值曲線由下至上分別對應(yīng)的是金屬線寬W1=3.2μm、W2=3.4μm、W3=3.6μm、W4=3.8μm，經(jīng)過分析可得電感的金屬線寬越小，電感的感值就將越大，但同時也必定會帶來較高的損耗。(a)(b)圖3.8柵格鋪地的差分八遍形電感結(jié)構(gòu)圖(a)和3D模型圖(b)由于電感的Q值較低會限制壓控振蕩器的整體性能，所以我們嘗試優(yōu)化電感的Q值。優(yōu)化電感的方法有很多，例如在螺旋電感和襯底之間插入地阻隔層、在襯底上做反偏雙PN結(jié)等。本文采用最低層的金屬層Metal1層做柵格鋪地，該金屬層的厚度是0.42μm，它放置于電感和襯底的中間。經(jīng)過柵格鋪地的八邊形電感平面圖和3D圖如圖3.8所示。柵格金屬層等效于一個小電阻，它將阻礙流向襯底的電流，這種方法能有效地提高電感的Q值，但同時也會降低電感的感值。我們將有柵格鋪地的片上電感和無柵格鋪地的片上電感分別進(jìn)行仿真，得到的感值和Q值隨頻率的變化曲線如3.9所示。

串聯(lián)的總?cè)葜当入娙莶⒙?lián)結(jié)構(gòu)較小，將可以使振蕩頻率點較高。(3)振蕩器在高頻下工作時，寄生電容、結(jié)電容等對諧振網(wǎng)絡(luò)工作頻率的影響是無法忽視的，該LC網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)清晰地體現(xiàn)出基極發(fā)射極電容Cbe對振蕩頻率的貢獻(xiàn)。3.2.5版圖設(shè)計和仿真結(jié)果220GHz壓控振蕩器版圖如圖3.15所示，版圖總面積是0.13mm2�？紤]到振蕩器工作在毫米波頻段下，各種器件之間、金屬走線之間存在的寄生參數(shù)是不可忽視的，每個有源器件的連接，各無源器件的布局位置都是需要考量的，我們需要盡量保證在考慮寄生效應(yīng)的同時，合理地減小版圖面積。圖3.15220GHz壓控振蕩器版圖本次設(shè)計差分對稱結(jié)構(gòu)的振蕩器，所以盡量保持版圖與電路圖的統(tǒng)一性，版圖的對稱布局有助于電路性能的提高，設(shè)計時還對版圖的底部做了大面積的柵格鋪地，能夠減少電流到襯底的損耗。GSGpad采用的是方形結(jié)構(gòu)，pad的邊長為75μm，pad與pad之間的中心間隔為100μm。一般情況下，信號pad、電源pad、地pad均位于版圖的最外側(cè)，如此一來接地走線和信號走線分布在兩側(cè)，使得距離最短，而且便于后期測試臺探針連接，走線的拐角45°可以減少傳輸信號反射時的損耗。電路版圖的中心主要是的晶體管、電感、電容、電阻等，每個元器件連接時，需要十分注意各金屬走線的距離，是否有重疊串?dāng)_，電感最好與其它器件保持一定距離。版圖設(shè)計時要求版圖簡潔明了，布局對稱、合理�；�0.13μmSiGeBiCMOS工藝的220GHz壓控振蕩器設(shè)計，電源電壓Vcc大小是1.8V，偏置電壓Vbias是1.25V。壓控振蕩器工作在220GHz時的輸出波形如圖3.16所示，我們從圖中可以看到振蕩器輸出完整的正弦波，輸出波形的擺幅為1.05V，仿真得到電路功耗是15.15mW。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]5G移動通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)要點探討[J]. 林利軍.  網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應(yīng)用. 2019(11)
[2]5G毫米波關(guān)鍵技術(shù)研究和發(fā)展建議[J]. 張忠皓,李福昌,高帥,延凱悅,馬靜艷.  移動通信. 2019(09)
[3]基于4G通信技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)安全問題及對策研究[J]. 伍倩雯.  科技風(fēng). 2019(24)
[4]B5G毫米波和太赫茲技術(shù)的背景、應(yīng)用和挑戰(zhàn)[J]. 彭琳,段亞娟,別業(yè)楠.  中興通訊技術(shù). 2019(03)
[5]用于Ka波段鎖相環(huán)的寬帶注入鎖定分頻器[J]. 王潔夫,張潤曦,石春琦.  微電子學(xué). 2018(06)
[6]一種寬鎖定范圍多模2/3/4/5分頻LC注入鎖定分頻器（英文）[J]. 劉建濤,張為,高婉航,劉艷艷.  南開大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2017(06)
[7]一種低噪聲GaAs HBT VCO的設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 武岳,呂紅亮,張玉明,張義門.  西安電子科技大學(xué)學(xué)報. 2018(03)
[8]毫米波大氣窗口在臨近空間等離子體鞘套中的傳播特性[J]. 蔣金,陳長興,周天翔,凌云飛,陳婷,任曉岳.  空間科學(xué)學(xué)報. 2016(01)
[9]基于40 nm CMOS工藝的毫米波注入鎖定分頻器[J]. 張健,劉昱,王碩,李志強,陳延湖.  微電子學(xué). 2015(06)
[10]一種低電壓低功耗的環(huán)形壓控振蕩器設(shè)計[J]. 伍翠萍,何波,于奇,陳達(dá).  微電子學(xué)與計算機. 2008(05)

博士論文
[1]硅基微波毫米波放大器集成電路研究[D]. 蔣證東.電子科技大學(xué) 2019
[2]基于CMOS工藝的微波毫米波寬帶壓控振蕩器研究與芯片設(shè)計[D]. 李竹.東南大學(xué) 2017
[3]CMOS射頻頻率綜合器的研究設(shè)計與優(yōu)化[D]. 金晶.上海交通大學(xué) 2012
[4]基于傳遞函數(shù)分析的毫米波片上無源元件建模技術(shù)研究[D]. 王皇.華東師范大學(xué) 2012
[5]高性能頻率合成技術(shù)研究與應(yīng)用[D]. 楊遠(yuǎn)望.電子科技大學(xué) 2011
[6]鎖相環(huán)頻率合成器建模、設(shè)計與實現(xiàn)[D]. 張濤.華中科技大學(xué) 2006
[7]電荷泵鎖相環(huán)的模型研究和電路設(shè)計[D]. 嚴(yán)杰鋒.復(fù)旦大學(xué) 2006
[8]電感電容壓控振蕩器[D]. 唐長文.復(fù)旦大學(xué) 2004

碩士論文
[1]CMOS毫米波壓控振蕩器研究與設(shè)計[D]. 譚文.電子科技大學(xué) 2019
[2]應(yīng)用于超寬帶毫米波頻率源的2428GHz VCO設(shè)計[D]. 房惠宇.東南大學(xué) 2018
[3]基于SOI CMOS工藝的2.4GHz低相噪壓控振蕩器設(shè)計[D]. 白嬌.東南大學(xué) 2018
[4]基于40nm CMOS工藝的60 GHz注入鎖定分頻器的研究與設(shè)計[D]. 張健.山東大學(xué) 2015
[5]基于注入鎖定技術(shù)的鎖相環(huán)、倍頻器和分頻器的研究與設(shè)計[D]. 廉琛.復(fù)旦大學(xué) 2012
[6]SiGe BiCMOS集成器件設(shè)計與關(guān)鍵工藝研究[D]. 韓春.電子科技大學(xué) 2008
[7]應(yīng)用于3G的射頻CMOS壓控振蕩器的設(shè)計[D]. 宋林紅.西安理工大學(xué) 2006



本文編號：3306102