[發(fā)明專利]一種小型化寬帶二倍頻器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111254615.3
• 申請日: 2021-10-27
• 公開（公告）號: CN113965166A
• 公開（公告）日: 2022-01-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡三明;丁一凡;沈一竹;林震
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: H03B19/14
• 分類號: H03B19/14
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 沈廉

本發(fā)明公開了一種小型化寬帶二倍頻器，包括輸入匹配網(wǎng)絡(luò)、二倍頻單元、共源輸出級以及輸出匹配網(wǎng)絡(luò)。其中工作在基頻的輸入匹配網(wǎng)絡(luò)由并聯(lián)電容、變壓器以及串聯(lián)的差模耦合電感組成，輸入的單端基頻信號經(jīng)由輸入匹配網(wǎng)絡(luò)變換為差分信號注入至二倍頻單元的柵極，二倍頻單元的漏級直接相連以抑制基頻信號的輸出，二次諧波信號經(jīng)由隔直電容連接至共源輸出級的柵極，最后通過輸出匹配網(wǎng)絡(luò)將二次諧波信號輸出。本發(fā)明采用差模耦合電感替代傳統(tǒng)二倍頻器輸入匹配所常用的串聯(lián)電感，減小了所需匹配電感的感值，從而大幅縮減芯片面積，降低制造成本，并且提高了輸入匹配網(wǎng)絡(luò)的自諧振頻率，擴展了二倍頻器工作帶寬。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種微波及毫米波集成電路中的倍頻器，尤其涉及一種小型化寬帶二倍頻器。

背景技術(shù)

為了滿足日益增長的數(shù)據(jù)傳輸和無線通信需求，第五代移動通信技術(shù)(5G)的發(fā)展速度逐漸加快，已經(jīng)開始在民生、科技等領(lǐng)域應(yīng)用。為了更快的數(shù)據(jù)傳輸速率，5G頻譜劃分為FR1和FR2兩個區(qū)域，F(xiàn)R1的范圍是0.45至6GHz，又稱為Sub-6G，F(xiàn)R2的頻率范圍覆蓋24至52GHz，其中一部分屬于毫米波頻段。盡管5G毫米波頻段有著更加豐富的頻譜資源，對于數(shù)據(jù)的傳輸和通信有著諸多益處，但更高的頻率和更復(fù)雜的調(diào)制方式也對無線通信系統(tǒng)中的收發(fā)機提出了更高的要求。

頻率源作為收發(fā)機系統(tǒng)中不可或缺的一環(huán)，能否提供高純本振信號成為不可忽視的問題。如何提供大帶寬、低相噪的本振信號成為目前學(xué)界重點關(guān)注的問題之一。目前，本振信號的產(chǎn)生方式主要有兩種，一種是振蕩器直接產(chǎn)生所需的本振信號，該方式電路結(jié)構(gòu)簡單，芯片面積較小，但隨著工作頻率提升至毫米波頻段，超寬帶、低相噪的振蕩器設(shè)計難度極大。因此學(xué)界和工業(yè)界提出了第二種方式，即在鎖相環(huán)后級聯(lián)倍頻器來降低對振蕩器和分頻器的相噪要求，而低頻振蕩器的設(shè)計方法較為成熟，更容易產(chǎn)生滿足要求的信號。

利用倍頻器產(chǎn)生所需本振信號雖然可以降低對振蕩器的要求，但增加了電路復(fù)雜度，并且工作頻率低的無源器件會大幅增加芯片面積，也就是說通過犧牲面積來換取相位噪聲的提高。目前，二倍頻器已有諸多設(shè)計，在倍頻器集成電路設(shè)計中，為滿足帶寬性能等要求，往往需要多個無源器件進行阻抗匹配，無源匹配網(wǎng)絡(luò)占據(jù)了芯片的主要部分。因此，如何在保證帶寬、變頻增益等基本電路性能的前提下，倍頻器芯片的小型化成為目前亟需解決的問題之一。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題：針對上述傳統(tǒng)倍頻器存在的無源匹配網(wǎng)絡(luò)面積過大的問題，提出一種小型化寬帶二倍頻器，能夠大幅縮減倍頻器匹配網(wǎng)絡(luò)的面積。

技術(shù)方案：本發(fā)明的一種小型化寬帶二倍頻器，包括輸入匹配網(wǎng)絡(luò)、二倍頻單元、共源輸出級、輸出匹配網(wǎng)絡(luò)；

所述輸入匹配網(wǎng)絡(luò)由第一輸入匹配網(wǎng)絡(luò)電容、變壓器、第一電阻、第二輸入匹配網(wǎng)絡(luò)電容以及差模耦合電感組成；變壓器初級線圈的一端接二倍頻器的輸入端，另一端接地，第一輸入匹配網(wǎng)絡(luò)電容并聯(lián)在變壓器的初級線圈上，變壓器次級線圈的兩端連接差模耦合電感的兩輸入端，差模耦合電感的另外兩輸出端分別連接二倍頻單元中的第一晶體管和第二晶體管的柵極；第一電阻的一端連接變壓器次級線圈的中心抽頭，另一端連接第一偏置電壓，第二輸入匹配網(wǎng)絡(luò)電容并聯(lián)在變壓器次級線圈的兩端；

所述二倍頻單元由第一晶體管、第二晶體管和第一電感組成，第一晶體管和第二晶體管的源極接地，第一晶體管和第二晶體管的漏極直接相連后再連接到第一電感和共源輸出級電容，第一電感的另一端連接電源；

所述共源輸出級由共源輸出級電容、第二電阻及第三晶體管組成，共源輸出級電容一端直接連接第一晶體管和第二晶體管的漏極，另一端連接輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的第三晶體管的柵極，第二電阻一端連接第二偏置電壓，另一端連接第三晶體管的柵極；

所述輸出匹配網(wǎng)絡(luò)由第二電感與輸出匹配網(wǎng)絡(luò)電容組成，第二電感一端連接第三晶體管的漏極，另一端連接電源，輸出匹配網(wǎng)絡(luò)電容一端直接連接第三晶體管的漏極，另一端作為二倍頻器的輸出端。

其中，