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毫米波分频器作为毫米波频率综合器中的关键模块之一,通常置于压控振荡器(Voltage Controlled Oscillator,VCO)的后端。该模块一方面对VCO的输出信号进行分频处理,另一方面将分频信号送入鉴频鉴相器的一端与参考信号进行比较。而在一般的基于锁相环系统的毫米波频率综合器中,由于可编程分频器的工作速度受到限制,通常的解决办法是使用固定分频比分频器对VCO的输出信号进行降频,使可编程分频器能够正常工作。本文基于0.13μm SiGe BiCMOS工艺设计工作频率覆盖24~40GHz的二分频器,该二分频器要求达到低相位噪声、低功耗、高灵敏度的特性,同时能够适应较宽的温度变化。本文首先采用再生式分频器方案,并结合宽带匹配以及输出缓冲放大器来提高电路性能;为进一步拓展工作频率上限,文中使用跨阻放大器(Trans-Impedance Amplifier,TIA)作为核心电路负载代替原来的纯电阻负载。然后,本文完成了再生式二分频器的前仿真、版图设计、后仿真以及电磁场仿真。最终,电磁场仿真结果表明:在tt工艺角、-55~125℃仿真条件下,电路3.3V供电,当输入信号为0dBm的正弦波时该二分频器的工作频率范围是22~32GHz,工作电流约为42.43mA。为拓宽分频范围以及降低电路的功耗,本文改用一种注入锁定二分频器。该电路结构简单,核心部分的器件数量较再生式二分频器减少很多。电磁场仿真结果表明:在tt工艺角、-55~125℃仿真条件下,电路3.3V供电,当输入信号为0dBm的正弦波时该二分频器的工作频率范围是12~75GHz;当输入信号为40GHz时最大相位噪声约为-118dBc/Hz@1kHz及-143dBc/Hz@1MHz;工作电流约为17.9mA;芯片面积约为560×645μm~2。因此,该注入锁定结构的二分频器在分频范围和功耗上均优于再生式分频器结构,且其他各项性能均能满足设计指标。本文设计的注入锁定二分频器可应用于毫米波频率源芯片中。