一种用于毫米波通信的40GHz压控振荡器

摘要

本发明涉及一种用于毫米波通信的40GHz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。本发明中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37-41GHz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。

说明书

技术领域

本发明涉及新一代超高速无线个域网WPANWireless Personal Area Network 的60GHz毫米波技术领域，具体涉及一种用于毫米波通信的40GHz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40GHz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37-41GHz。

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 40GHz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晶体管和第一微带传输线， 所述第一pHEMT晶体管的源极和漏极短接，并与地相连，所述第一pHEMT 晶体管的栅极连接第一微带传输线的一端，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200微米的二极管连接方式的pHEMT晶体管；所述第一微带传输线为一段 宽度W为15微米，长度L为545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二微带传输线的一端，所述第二微带传输线的另 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三微带传 输线的一端，所述第三微带传输线的另一端与地相连；所述第二pHEMT晶体 管的栅极与第四微带传输线的一端相连，第四微带传输线的另一端分别与第五 微带传输线的一端和第六微带传输线的一端相连；所述第五微带传输线的另一 端与-0.1V直流电源相连，所述第六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 150微米的晶体管；所述第二微带传输线为一段宽度W为15微米、长度L为 218微米的微带传输线；所述第三微带传输线为一段宽度W为15微米、长度L 为800微米的微带传输线；所述第四微带传输线为一段宽度W为15微米、长 度L为40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60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40微米的微带传输线。

上述方案中，所述输出匹配电路包括第七微带传输线、第八微带传输线和 第九微带传输线；所述第七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，所述第七微带传输线的另一端分别与第八微带传输线的一端和第九 微带传输线的一端相连；所述第八微带传输线的另一端悬空，所述第九微带传 输线的另一端与50欧姆负载相连。

上述方案中，所述第七微带传输线为一段宽度W为15微米、长度L为480 微米的微带传输线，所述第八微带传输线为一段宽度W为15微米、长度L为 520微米的微带传输线，所述第九微带传输线为一段宽度W为15微米、长度L 为20微米的微带传输线。

上述方案中，所述第一隔直电容和所述第二隔直电容的电容量为0.7pF。

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：

本发明中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 37-41GHz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40GHz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40GHz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。包括一个栅长L为0.15微米，栅宽W为 200微米的二极管连接方式的第一pHEMT晶体管101和一段宽度W为15微 米，长度L为545微米的等效为电感的第一微带传输线102。第一pHEMT晶 体管101的源极和漏极短接，并与地相连，第一pHEMT晶体管101的栅极连 接第一微带传输线102的一端，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的栅极通过0.7pF的第一隔直电容201 与负阻产生电路2相连接。

谐振回路1中二极管连接方式的第一pHEMT晶体管101提供可变电容， 是变容管，第一微带传输线102可以等效为电感。谐振回路相当于为串联谐振， 由于该频段相对60GHz较低，故其变容管的范围需要较大，这里选取了较大的 管子作为变容管，第一pHEMT晶体管101的栅极通过一段1/4波长线引出， 通过改变供电电压来改变第一pHEMT晶体管101的等效电容，从而实现谐振 频率的调节，调谐电压的范围为-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。包括第二pHEMT 晶体管203，第二pHEMT晶体管203的漏极连接第二微带传输线204的一端， 第二微带传输线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0.7pF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的源极连接第三微带传输线205的一端，第三微带传输线 205的另一端与地相连；第二pHEMT晶体管203的栅极与第四微带传输线206 的一端相连，第四微带传输线206的另一端分别与第五微带传输线207的一端 和第六微带传输线208的一端相连。第五微带传输线207的另一端与-0.1V直 流电源相连，第六微带传输线208的另一端通过0.7pF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150微米的晶 体管；第二微带传输线204为一段宽度W为15微米、长度L为218微米的微 带传输线；第三微带传输线205为一段宽度W为15微米、长度L为800微米 的微带传输线；第四微带传输线206为一段宽度W为15微米、长度L为40 微米的微带传输线；第五微带传输线207为一段宽度W为15微米、长度L为 60微米的微带传输线；第六微带传输线208为一段宽度W为15微米、长度L 为40微米的微带传输线。

负阻产生电路通过在第二pHEMT晶体管203栅极、源极、漏极串联微带 传输线的方式来产生负阻，其中源极所连接的第三微带传输线205等效为电感 器，从而产生了负反馈。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。包括第七微带传输线301、 第八微带传输线302和第九微带传输线303。第七微带传输线301的一端通过 0.7pF的第二隔直电容202与负阻产生电路2相连接。第七微带传输线301的 另一端分别与第八微带传输线302的一端和第九微带传输线303的一端相连； 第八微带传输线302的另一端悬空，第九微带传输线303的另一端与50欧姆负 载相连。

第七微带传输线301为一段宽度W为15微米、长度L为480微米的微带 传输线，第八微带传输线302为一段宽度W为15微米、长度L为520微米的 微带传输线，第九微带传输线303为一段宽度W为15微米、长度L为20微 米的微带传输线。

输出匹配电路3包含了一个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37-41GHz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。