一种互补金属氧化物半导体全集成71-76GHz LC压控振荡器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于毫米波集成电路设计的技术领域，尤其是一种互补金属氧化物半导体 全集成71-76GHZLC压控振荡器，可用于点对点的高速无线通信系统。
【背景技术】
[0002] 无线通信技术追求更高速的无线通讯传输速率，一种有效方法是增大信道带宽， 毫米波载波信号能够提供较大的信道带宽，是高速无线通讯传输的一种理想选择。2003年 10月，美国联邦通信委员会（FCC)发布了E-band频段，其中71-76GHZ和81-86GHZ提供高 低两个无线传输频带，信道带宽共为lOGHz。近年来基于GaAs、InP等III-V族半导体工艺 和BiCMOS工艺实现的E-band压控振荡器已有成功案例，但由于CMOS工艺下有源器件的截 止频率相对较低，基于CMOS工艺实现毫米波宽带的压控振荡器始终是一大难点。
[0003] 娃基微处理器和内存等高速数字电路的发展推动了CMOS器件速度的飞速上升， 给CMOS毫米波压控振荡器电路设计带来了可能。CMOS电路具有集成度高、成本低的优点， 可W与毫米波前端电路和基带电路很好的集成，在SoC系统集成上具有显著优势。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种互补金属氧化物半导体全集成71-76GHZLC压控振荡 器。
[0005] 本发明的目的是该样实现的： 一种互补金属氧化物半导体全集成71-76GHZLC压控振荡器，它由NM0SFET器件和无 源器件相结合组成的能产生负阻的交叉禪合结构，其具体形式为： 第一NM0S管Ml的源极与第二NM0S管M2的源极相连，并共同与地线GND相连，第一NM0S管Ml的漏极与第二NM0S管M2的栅极相连，第二NM0S管M2的漏极与第一NM0S管Ml 的栅极相连，第一NM0S管Ml的漏极与第一可变电容Cl的一端相连，第一可变电容Cl的另 一端与第二可变电容C2的一端相连并与外部调谐控制端Vtune相连，第二可变电容C2的 另一端与第二NM0S管M2的漏极相连，第一NM0S管Ml的漏极与传输线差分电感L1的一端 相连，传输线差分电感L1的另一端与第二NM0S管M2的漏极相连，传输线差分电感L1的中 间抽头与电源线VDD相连；第一NM0S管Ml的漏极为振荡信号的同相输出端VP，第二晶体 管M2的漏极为振荡信号的反相输出端VN。
[0006] 所述传输线差分电感L1为U形。
[0007] 本发明的优点在于： (1)中屯、频率高 本发明的压控振荡器采用NM0S交叉禪合结构，尽可能地减小了寄生电容，并且U形传 输线电感的感值较小，实现了更高的中屯、频率，即可达到71 - 76GHz的振荡频率。
[000引 口湘位噪声性能好 差分电感和可变电容的品质因数在75GHz都高于20,并且电路的结构中没有采用尾电 流源，提高了电路的相位噪声特性，在中屯、频率73. 86GHz下，IMHz和lOMHz频偏处相位噪声 可达到-89. 47地c/Hz和-116. 2地c/Hz。
[000引樹功耗低 电源电压仅由第一NM0S管Ml和第二NM0S管M2的栅电压决定，其它器件不消耗直流 电压裕度，所W电源电压可W设计为较低的0. 9V，电路整体功耗较低。
【附图说明】
[0010] 图1为本发明电路图； 图2为本发明传输线差分电感L1外形图。
【具体实施方式】
[0011] W下结合附图及实施例对本发明进行详细描述。 实施例
[0012] 参阅图1，该电路的结构为差分NM0S交叉禪合结构，能提供差分输出。第一NM0S 管Ml和第二NM0S晶体管M2互为交叉禪合连接，提供负阻W抵消差分电感、第一可变电容 C1和第二可变电容C2的损耗，从而维持振荡。第一NM0S管Ml和第二NM0S管M2的宽长比 进行了合理的选取，一方面减小了自身的寄生电容，一方面满足了起振条件。传输线差分电 感L1采用U形传输线电感构成，传输差分电感L1的中间抽头与电源电压相连。第一NM0S 管Ml的漏极和第二NM0S管M2的漏极到地的寄生电容分别为Cpi和Cp2,如图1用虚线表 示，它们与传输线差分电感L1W及第一可变电容C1、第二可变电容C2构成LC谐振腔，振荡 频率由下式决定
寄生电容Cpi的大小主要由第一NM0S管Ml的宽长比决定，由式（1)可见，只要合理选 取11、C1和Cpi的取值，振荡器的调谐范围就能覆盖71-76GHZ。
[0013] 本实施例所有器件尺寸见表1。
[0014]表 1
【主权项】
1. 一种互补金属氧化物半导体全集成71-76GHzLC压控振荡器，其特征在于该振荡器 器由NMOSFET器件和无源器件相结合组成的能产生负阻的交叉耦合结构，其具体形式为： 第一NMOS管Ml的源极与第二NMOS管M2的源极相连，并共同与地线GND相连，第一NMOS管Ml的漏极与第二NMOS管M2的栅极相连，第二NMOS管M2的漏极与第一NMOS管Ml 的栅极相连，第一NMOS管Ml的漏极与第一可变电容Cl的一端相连，第一可变电容Cl的另 一端与第二可变电容C2的一端相连并与外部调谐控制端Vtune相连，第二可变电容C2的 另一端与第二NMOS管M2的漏极相连，第一NMOS管Ml的漏极与传输线差分电感Ll的一端 相连，传输线差分电感Ll的另一端与第二NMOS管M2的漏极相连，传输线差分电感Ll的中 间抽头与电源线VDD相连；第一NMOS管Ml的漏极为振荡信号的同相输出端VP，第二晶体 管M2的漏极为振荡信号的反相输出端VN。2. 根据权利要求1所述的压控振荡器，其特征在于所述传输线差分电感Ll为U形。
【专利摘要】本发明公开了一种互补金属氧化物半导体全集成71-76GHz LC压控振荡器，采用差分NMOS交叉耦合结构实现，与PMOS交叉耦合结构相比，贡献的寄生电容较小，因而能够获得更高的振荡频率。此外，压控振荡器中的差分电感采用U形传输线差分电感，具有较小的感值，可以进一步提高振荡频率。本发明的振荡电路，其调谐范围为70.97-76.76GHz，在中心频率73.86GHz下，1MHz和10MHz频偏处相位噪声分别为-89.47dBc/Hz和-116.2dBc/Hz，功耗为10.8毫瓦。可作为E-band无线通信系统的本振信号源，也可作为频率综合器中的压控振荡器使用。
【IPC分类】H03B5/32
【公开号】CN104917463
【申请号】CN201510360577
【发明人】石春琦, 张润曦, 严一宇, 赖宗声, 张健
【申请人】华东师范大学
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2015年6月26日