CN102457226B - 一种用于毫米波通信的57GHz压控振荡器 - Google Patents
一种用于毫米波通信的57GHz压控振荡器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种用于毫米波通信的57GHz压控振荡器，包括：谐振回路，用于确定振荡频率；负阻产生电路，用于产生抵消谐振回路中的阻性成分；输出匹配电路，用于将输出阻抗匹配至50欧姆。本发明结构简单，谐振回路决定了输出频率的大小，负阻产生电路产生的负阻抵消了谐振回路的正阻从而产生谐振，输出匹配电路实现了功率匹配，最终实现了56.6-57.3GHz频率范围的信号输出，满足60GHz毫米波频段两次变频无线收发机的需求，为毫米波无线收发机提供本振信号，从而完成信号的上变频和下变频。
Description
技术领域
本发明涉及应用于新一代超高速无线个域网WPAN(Wireless Personal AreaNetwork)的60GHz毫米波技术领域，具体涉及一种用于毫米波通信的57GHz压控振荡器。
背景技术
60GHz毫米波无线通信以其高达4Gbps的传输速率和5GHz的带宽，成为下一代超高速无线个域网的首选技术，尤其在无压缩高清视频无线传输等消费类电子领域具有巨大的市场前景。60GHz技术已成为国际上的研究热点，中国已经开放了59-64GHz频段。
60GHz无线通信的优点是能够实现高达Gbps量级的传输速率。该技术将成为超高速无线个域网的主流技术。目前NEC、三星、松下和LG等消费类电子厂商共同成立了WirelessHD联盟来推动60GHz技术在无压缩高清视频传输中的应用，可见其巨大的市场潜力。目前国际上60GHz技术成为了学术界和工业界关注的焦点，国际固态电路会议(International Solid State Circuits Conference)每年开设专题收集60GHz技术相关的论文，60GHz毫米波电路设计、测试等诸多方面的难点受到广泛关注。目前中国的60GHz频谱已经开放，但是由于技术难度较大，针对该频段的应用研究相对较少，压控振荡器作为整个无线收发器的“心脏”，其性能指标对于整体收发机的性能具有重要影响。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种用于毫米波通信的57GHz压控振荡器，满足60GHz毫米波频段两次变频无线收发机的需求，为毫米波无线收发机提供本振信号，从而完成信号的上变频和下变频，其频率覆盖范围为56.6-57.3GHz。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种用于毫米波通信的57GHz压控振荡器，包括：
谐振回路，用于确定振荡频率；
负阻产生电路，用于产生抵消谐振回路中的阻性成分；
输出匹配电路，用于将输出阻抗匹配至50欧姆。
上述方案中，所述谐振回路通过第一隔直电容与所述负阻产生电路相连接，所述负阻产生电路与所述输出匹配电路通过第二隔直电容相连接，所述输出匹配电路与50欧姆负载的一端相连接，所述50欧姆负载的另一端与地相连接。
上述方案中，所述谐振回路包括第一pHEMT晶体管、第一微带传输线和第二微带传输线；所述第一pHEMT晶体管的源极和漏极短接，并与第一微带传输线的一端相连，所述第一微带传输线的另一端接-3.3-3.0V可调直流电源；所述第一pHEMT晶体管的栅极与第二微带传输线的一段相连，所述第二微带传输线的另一端接-3.3-3.0V可调直流电源；所述第一pHEMT晶体管的源极和漏极短接，并通过第一隔直电容与负阻产生电路相连接。
上述方案中，所述第一pHEMT晶体管为一个栅长L为0.15微米、栅宽W为80微米的二极管连接方式的pHEMT晶体管；所述第一微带传输线和第二微带传输线为宽度W为15微米、长度L为360微米的等效为电感的微带传输线。
上述方案中，所述负阻产生电路包括第二pHEMT晶体管，所述第二pHEMT晶体管的漏极连接第三微带传输线的一端，所述第三微带传输线的另一端与3.3V的直流电源相连接；所述第二pHEMT晶体管的漏极通过第二隔直电容与输出匹配电路相连接；所述第二pHEMT晶体管的源极连接第四微带传输线的一端，所述第四微带传输线的另一端与地相连；所述第二pHEMT晶体管的栅极与第五微带传输线的一端相连，第五微带传输线的另一端分别与第六微带传输线的一端和第七微带传输线的一端相连；所述第六微带传输线的另一端与0.3V直流电源相连，所述第七微带传输线的另一端通过第一隔直电容与谐振回路相连。
上述方案中，所述第二pHEMT晶体管为栅长L为0.15微米、栅宽W为100微米的晶体管；所述第三微带传输线为一段宽度W为15微米、长度L为420微米的微带传输线；所述第四微带传输线为一段宽度W为40微米、长度L为410微米的微带传输线；所述第五微带传输线为一段宽度W为15微米、长度L为450微米的微带传输线；所述第六微带传输线为一段宽度W为15微米、长度L为430微米的微带传输线；所述第七微带传输线为一段宽度W为15微米、长度L为120微米的微带传输线。
上述方案中，所述输出匹配电路包括第八微带传输线、第九微带传输线和第十微带传输线；所述第八微带传输线的一端通过第二隔直电容与负阻产生电路相连接，所述第八微带传输线的另一端分别与第九微带传输线的一端和第十微带传输线的一端相连；所述第九微带传输线的另一端悬空，所述第十微带传输线的另一端与50欧姆负载相连。
上述方案中，所述第八微带传输线为一段宽度W为30微米、长度L为200微米的微带传输线，所述第九微带传输线为一段宽度W为40微米、长度L为250微米的微带传输线，所述第十微带传输线为一段宽度W为30微米、长度L为20微米的微带传输线。
上述方案中，所述第一隔直电容的电容量为3.3pF，所述第二隔直电容的电容量为0.18pF。
与现有技术相比，本发明采用的技术方案产生的有益效果如下：
本发明结构简单，谐振回路决定了输出频率的大小，负阻产生电路产生的负阻抵消了谐振回路的正阻从而产生谐振，输出匹配电路实现了功率匹配，最终实现了56.6-57.3GHz频率范围的信号输出。
附图说明
图1为本发明实施例提供的用于毫米波通信的57GHz压控振荡器的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细描述。
如图1所示，本发明提供一种用于毫米波通信的57GHz压控振荡器，包括谐振回路1、负阻产生电路2以及输出匹配电路3。
谐振回路1用于确定振荡频率。谐振回路1包括一个栅长L为0.15微米、栅宽W为80微米的二极管连接方式的第一pHEMT晶体管101以及宽度W为15微米、长度L为360微米的等效为电感的第一微带传输线102和第二微带传输线103。第一pHEMT晶体管101的源极和漏极短接，并与第一微带传输线102的一端相连，第一微带传输线102的另一端接-3.3-3.0V可调直流电源；第一pHEMT晶体管101的栅极与第二微带传输线103的一段相连，第二微带传输线103的另一端接-3.3-3.0V可调直流电源；第一pHEMT晶体管101的源极和漏极短接，并通过3.3pF的第一隔直电容201与负阻产生电路2相连接。
谐振回路1采用了源漏短接的第一pHEMT晶体管101作为变容管，通过改变栅端和短接的源漏端电压来改变其电容大小从而实现频率调谐，整个谐振回路采用了两个1/4波长线的微带线作为电感，并在其两端均加电压来控制整个VCO的振荡频率，通过两个电压来控制变容管的电容可以增加其调谐范围，整个谐振回路相当于并联谐振，其中两个调谐电压的范围均为-3.3V至3.3V。
负阻产生电路2用于产生抵消谐振回路中的阻性成分。负阻产生电路2包括第二pHEMT晶体管203，第二pHEMT晶体管203的漏极连接第三微带传输线204的一端，第三微带传输线204的另一端与3.3V的直流电源相连接。第二pHEMT晶体管203的漏极通过0.18pF的第二隔直电容202与输出匹配电路3相连接；第二pHEMT晶体管203的源极连接第四微带传输线205的一端，第四微带传输线205的另一端与地相连；第二pHEMT晶体管203的栅极与第五微带传输线206的一端相连，第五微带传输线206的另一端分别与第六微带传输线207的一端和第七微带传输线208的一端相连。第六微带传输线207的另一端与0.3V直流电源相连，第七微带传输线208的另一端通过3.3pF的第一隔直电容201与谐振回路1相连。
第二pHEMT晶体管203为栅长L为0.15微米、栅宽W为100微米的晶体管；所述第三微带传输线204为一段宽度W为15微米、长度L为420微米的微带传输线；所述第四微带传输线205为一段宽度W为40微米、长度L为410微米的微带传输线；所述第五微带传输线206为一段宽度W为15微米、长度L为450微米的微带传输线；所述第六微带传输线207为一段宽度W为15微米、长度L为430微米的微带传输线；所述第七微带传输线208为一段宽度W为15微米、长度L为120微米的微带传输线。
负阻产生电路采用了第二pHEMT晶体管203并在其栅极、源极和漏极均串联微带传输线的方式来产生负阻，其中源级所连接的第四微带传输线205可以等效为电感器，从而产生了负反馈，在栅极和漏极均产生了负阻，其中第二pHEMT晶体管203的漏极需要3.3V供电，栅极需要0.3V供电。负阻产生电路通过源级反馈在栅极的输入端形成了一个负阻以抵消谐振回路中的电阻从而形成振荡。
输出匹配电路3用于将输出阻抗匹配至50欧姆。输出匹配电路3包括第八微带传输线301、第九微带传输线302和第十微带传输线303。第八微带传输线301的一端通过0.18pF的第二隔直电容202与负阻产生电路2相连接。第八微带传输线301的另一端分别与第九微带传输线302的一端和第十微带传输线303的一端相连；第九微带传输线302的另一端悬空，第十微带传输线303的另一端与50欧姆负载相连。
第八微带传输线301为一段宽度W为30微米、长度L为200微米的微带传输线，第九微带传输线302为一段宽度W为40微米、长度L为250微米的微带传输线，第十微带传输线303为一段宽度W为30微米、长度L为20微米的微带传输线。
输出匹配电路3采用了一个π形的输出匹配网络结构，将第二pHEMT晶体管203输出端的负阻阻抗转化为50欧姆电阻，以实现输出端口50欧姆匹配，输出匹配网络实现了输出功率的最大传输。
以上谐振回路1、负阻产生电路2以及输出匹配电路3共同组成了本发明提供的压控振荡器的总体结构，谐振回路决定了输出频率的大小，负租产生电路产生的负租抵消了谐振回路的正阻从而产生谐振，输出匹配电路实现了功率匹配，最终实现了56.6-57.3GHz频率范围的信号输出。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种用于毫米波通信的57GHz压控振荡器，其特征在于，包括：
谐振回路，用于确定振荡频率；
负阻产生电路，用于产生抵消所述谐振回路中的阻性成分的负阻；
输出匹配电路，用于将输出阻抗匹配至50欧姆；
其中，所述谐振回路通过第一隔直电容与所述负阻产生电路相连接，所述负阻产生电路与所述输出匹配电路通过第二隔直电容相连接，所述输出匹配电路与50欧姆负载的一端相连接，所述50欧姆负载的另一端与地相连接；
所述谐振回路包括第一pHEMT晶体管、第一微带传输线和第二微带传输线；所述第一pHEMT晶体管的源极和漏极短接，并与第一微带传输线的一端相连，所述第一微带传输线的另一端接-3.3—3.0V可调直流电源；所述第一pHEMT晶体管的栅极与第二微带传输线的一端相连，所述第二微带传输线的另一端接-3.3—3.0V可调直流电源；所述第一pHEMT晶体管的源极和漏极短接，并通过第一隔直电容与负阻产生电路相连接。
2.如权利要求1所述的用于毫米波通信的57GHz压控振荡器，其特征在于：所述第一pHEMT晶体管为一个栅长L为0.15微米、栅宽W为80微米的二极管连接方式的pHEMT晶体管；所述第一微带传输线和第二微带传输线为宽度W为15微米、长度L为360微米的等效为电感的微带传输线。
3.如权利要求1所述的用于毫米波通信的57GHz压控振荡器，其特征在于：所述负阻产生电路包括第二pHEMT晶体管，所述第二pHEMT晶体管的漏极连接第三微带传输线的一端，所述第三微带传输线的另一端与3.3V的直流电源相连接；所述第二pHEMT晶体管的漏极通过第二隔直电容与输出匹配电路相连接；所述第二pHEMT晶体管的源极连接第四微带传输线的一端，所述第四微带传输线的另一端与地相连；所述第二pHEMT晶体管的栅极与第五微带传输线的一端相连，第五微带传输线的另一端分别与第六微带传输线的一端和第七微带传输线的一端相连；所述第六微带传输线的另一端与0.3V直流电源相连，所述第七微带传输线的另一端通过第一隔直电容与谐振回路相连。
4.如权利要求3所述的用于毫米波通信的57GHz压控振荡器，其特征在于：所述第二pHEMT晶体管为栅长L为0.15微米、栅宽W为100微米的晶体管；所述第三微带传输线为宽度W为15微米、长度L为420微米的微带传输线；所述第四微带传输线为宽度W为40微米、长度L为410微米的微带传输线；所述第五微带传输线为宽度W为15微米、长度L为450微米的微带传输线；所述第六微带传输线为宽度W为15微米、长度L为430微米的微带传输线；所述第七微带传输线为宽度W为15微米、长度L为120微米的微带传输线。
5.如权利要求1所述的用于毫米波通信的57GHz压控振荡器，其特征在于：所述输出匹配电路包括第八微带传输线、第九微带传输线和第十微带传输线；所述第八微带传输线的一端通过第二隔直电容与负阻产生电路相连接，所述第八微带传输线的另一端分别与第九微带传输线的一端和第十微带传输线的一端相连；所述第九微带传输线的另一端悬空，所述第十微带传输线的另一端与50欧姆负载相连。
6.如权利要求5所述的用于毫米波通信的57GHz压控振荡器，其特征在于：所述第八微带传输线为一段宽度W为30微米、长度L为200微米的微带传输线，所述第九微带传输线为一段宽度W为40微米、长度L为250微米的微带传输线，所述第十微带传输线为一段宽度W为30微米、长度L为20微米的微带传输线。
7.如权利要求1至5任一项所述的用于毫米波通信的57GHz压控振荡器，其特征在于：所述第一隔直电容的电容量为3.3pF，所述第二隔直电容的电容量为0.18pF。
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