一种基于毫米波压控振荡器的相控阵列发射芯片的制作方法

本发明涉及毫米波发射芯片技术领域，具体涉及一种基于毫米波压控振荡器的相控阵列发射芯片。

背景技术：

由于低频更容易设计，因此现有的毫米波发射芯片为了得到超带宽毫米波信号，一般采用低频率源，倍频到高频发射的架构，例如要产生超带宽毫米波信号，其工作频段为72-80ghz，带宽为8ghz的信号，一般采用的方案为：采用低频源，其工作频段为18-20ghz，带宽为2ghz，再乘以4倍频得到该信号。由于低频源带宽为2ghz，很容易通过设计得到，但该种架构复杂，而现有的毫米波发射芯片也没有直接获得超带宽毫米波信号。

技术实现要素：

本发明的目的在于：为了解决上述问题，本发明提供了一种基于毫米波压控振荡器的相控阵列发射芯片。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于毫米波压控振荡器的相控阵列发射芯片，包括电压信号输入端、压控振荡器、相位控制信号输入端、功率分配网络、若干个数字移项器、若干个功率放大器和若干个输出端；所述电压信号输入端与所述压控振荡器电连接，所述压控振荡器与功率分配网络电连接，所述功率分配网络与数字移项器电连接，每个数字移项器与一个功率放大器电连接，每个功率放大器与一个输出端电连接，所述数字移项器均与所述相位控制信号输入端电连接。

进一步的，所述压控振荡器产生超宽带毫米波信号，所述压控振荡器为考毕兹压控振荡器，输出差分信号至功率分配网络。

进一步的，所述压控振荡器的具体电路如下：

电源vdd一端连接电源，所述电源vdd的另一端分别连接电感l1的一端、电阻rd的一端和电感l4的一端，所述电感l1的另一端同时连接输出端von的一端和晶体管m1的漏极，所述晶体管m1的栅极同时连接电感l2的一端、可变电容vcap1的一端和电容c1的一端，所述晶体管m1的源极同时连接电容c1的另一端、电容c2的一端和电感l3的一端，所述电感l3的另一端同时连接电感l6的一端和地gnd，所述电感l2的另一端同时连接所述电阻rd的另一端和电感l5的一端；所述可变电容vcap1的另一端同时连接电阻rc的一端和可变电容vcap2的一端，所述电阻rc的另一端连接电压信号输入端vcon；

所述电感l5的另一端同时连接可变电容vcap2的另一端、电容c3的一端和晶体管m2的栅极，所述晶体管m2的漏极分别连接电感l4的另一端和输出端vop的一端，所述晶体管m2的源极同时连接电容c3的另一端、电容c4的一端和电感l6的另一端，所述电容c4的另一端连接电容c2的另一端；

所述输出端von的另一端和输出端vop的另一端连接所述功率分配网络。

进一步的，所述压控振荡器的输出频率范围为75-82ghz，线性调频带宽为7ghz，调谐电压为0-1.5v，输出相位噪声在输出频率范围内为-94～96dbc/hz@(1mhz)。

进一步的，还包括输出端mcc和输出端vcoo，所述功率分配网络将所述压控振荡器的输出功率分配为五路，三路分别输出至三个功率放大器，一路通过输出端mcc连接外部芯片，一路通过输出端vcoo连接外部芯片。

进一步的，所述功率分配网络的具体结构为：

输入端p0的一端连接压控振荡器输出端，输入端p0的另一端连接功率分配器d0的输入端，所述功率分配器d0的输出端1同时连接功率分配器d1的输入端和电阻r0的一端，所述功率分配器d0的输出端2同时连接输出端p5和电阻r0的另一端；

所述功率分配器d1的输出端1同时连接功率分配器d2的输入端和电阻r1的一端，所述功率分配器d1的输出端2同时连接功率分配器d3的输入端和电阻r1的另一端；所述功率分配器d2的输出端1同时连接输出端p1和电阻r2的一端，所述功率分配器d2的输出端2同时连接输出端p2和电阻r2的另一端；所述功率分配器d3的输出端1同时连接输出端p3和电阻r3的一端，所述功率分配器d3的输出端2同时连接输出端p4和电阻r3的另一端；

所述输出端p1、输出端p2和输出端p3分别连接一个功率放大器，所述输出端p4连接输出端mcc，所述输出端p5连接输出端vcoo。

进一步的，所述数字移项器为6位数字移项器。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明直接采用压控振荡器产生超带宽毫米波信号，其带宽宽，线性度好，相位噪声好，架构更为简洁，减小了芯片面积，降低了芯片功耗。

本发明采用五等分功率分配方案，插损小，功率分配和相位一致性好，隔离度折中。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明的整体架构图；

图2为本发明的功率分配网络的电路原理图；

图3为本发明的压控振荡器的电路原理图；

图4为本发明中压控振荡器的输出频率变化曲线图；

图5为本发明中压控振荡器的相位噪声变化曲线图；

图6为本发明中功率放大器的输入输出功率变化曲线图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

本实施例提供一种基于毫米波压控振荡器的相控阵列发射芯片，如图1所示，包括电压信号输入端(vcon)、压控振荡器(vco)、相位控制信号输入端(psc)、功率分配网络、n个数字移项器、n个功率放大器和n个输出端；

所述电压信号输入端与所述压控振荡器电连接，所述压控振荡器为考毕兹压控振荡器，输出差分信号至功率分配网络。

所述压控振荡器与功率分配网络电连接，所述功率分配网络用于对压控振荡器的输出功率进行功率分配，分配为n+2路信号，所述功率分配网络与n个数字移项器电连接，其中n路信号分别输出至n个数字移项器，一路信号通过输出端mcc输出至外接芯片，一路通过输出端vcoo连接外部芯片(一般为锁相环)；所述n个数字移项器均与所述相位控制信号输入端电连接，所述数字移项器在相位控制信号的控制下进行移相；所述数字移项器为6位数字移项器，例如φ＝b05.625°+b111.25°+b222.5°+b345°+b490°+b5180°，φ为移的相位，b0～b5为控制信号psc，psc由相位控制信号输入端输入。每个数字移项器与一个功率放大器电连接，所述功率放大器用于对信号进行放大；每个功率放大器与一个输出端电连接，即可输出n路信号。

实施例2

本实施例基于实施例1提供一种输出超宽带毫米波信号的压控振荡器，该压控振荡器的具体电路连接如下，如图3所示：

电源vdd一端连接电源，所述电源vdd的另一端分别连接电感l1的一端、电阻rd的一端和电感l4的一端，所述电感l1的另一端同时连接输出端von的一端和晶体管m1的漏极，所述晶体管m1的栅极同时连接电感l2的一端、可变电容vcap1的一端和电容c1的一端，所述晶体管m1的源极同时连接电容c1的另一端、电容c2的一端和电感l3的一端，所述电感l3的另一端同时连接电感l6的一端和地gnd，所述电感l2的另一端同时连接所述电阻rd的另一端和电感l5的一端；所述可变电容vcap1的另一端同时连接电阻rc的一端和可变电容vcap2的一端，所述电阻rc的另一端连接电压信号输入端vcon；

所述电感l5的另一端同时连接可变电容vcap2的另一端、电容c3的一端和晶体管m2的栅极，所述晶体管m2的漏极分别连接电感l4的另一端和输出端vop的一端，所述晶体管m2的源极同时连接电容c3的另一端、电容c4的一端和电感l6的另一端，所述电容c4的另一端连接电容c2的另一端；

所述输出端von的另一端和输出端vop的另一端连接所述功率分配网络。

如图4所示，压控振荡器vco的输出频率范围为：75～82ghz，线性调频带宽为：7ghz，调谐电压为0～1.5v，图中横坐标vcon为调谐电压(v)，纵坐标为频率(ghz)范围。

如图5所示，压控振荡器vco的输出相位噪声在频率范围内为：-94～96dbc/hz@(1mhz)，@(1mhz)指偏移载频频率1mhz时。图中横坐标为相位噪声频偏频率(hz)，纵坐标为相位噪声值(dbc/hz)。

实施例3

本实施例基于实施例1，所述功率分配网络将所述压控振荡器的输出功率分配为五路，即n为3，三路分别输出至三个功率放大器，一路通过输出端mcc连接外部芯片，一路通过输出端vcoo连接外部芯片。

所述功率分配网络的具体结构为，如图2所示：

输入端p0的一端连接压控振荡器输出端，输入端p0的另一端连接功率分配器d0的输入端，所述功率分配器d0的输出端1同时连接功率分配器d1的输入端和电阻r0的一端，所述功率分配器d0的输出端2同时连接输出端p5和电阻r0的另一端；

所述功率分配器d1的输出端1同时连接功率分配器d2的输入端和电阻r1的一端，所述功率分配器d1的输出端2同时连接功率分配器d3的输入端和电阻r1的另一端；所述功率分配器d2的输出端1同时连接输出端p1和电阻r2的一端，所述功率分配器d2的输出端2同时连接输出端p2和电阻r2的另一端；所述功率分配器d3的输出端1同时连接输出端p3和电阻r3的一端，所述功率分配器d3的输出端2同时连接输出端p4和电阻r3的另一端；

所述输出端p1、输出端p2和输出端p3分别连接一个功率放大器，所述输出端p4连接输出端mcc，所述输出端p5连接输出端vcoo。

由于功率分配器d0-d3的计算方式相同，因此以功率分配器d0为例，功率分配器d0的阻抗变换公式为：

其中，k为功率分配因子，z0为功率分配器d0输入端的特性阻抗，z1为功率分配器d0的输出端1的特性阻抗，z2为功率分配器d0的输出端2的特性阻抗，r0为负载电阻，分支线的长度都为λ为波长。

其中，如图6所示，功率放大器在工作频率77ghz时，其1db压缩点输出功率p1db＝13.3dbm,饱和输出功率为16dbm,线性放大增益gain＝18db。图中横坐标为功率放大器的输入功率(dbm)，纵坐标为功率放大器的输出功率(dbm)。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。