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一种宽锁定范围的注入锁定分频器

阅读：1发布：2020-12-07

专利汇可以提供一种宽锁定范围的注入锁定分频器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种宽锁定范围的注入锁定分频器，包括注入晶体管、第一电感电容振荡器和第二电感电容振荡器，第一电感电容振荡器与第二电感电容振荡器的同相输出端短接；该注入晶体管的栅极接入直流电压偏置和两倍频注入信号，该注入晶体管的源极和漏极分别连接于第一电感电容振荡器与第二电感电容振荡器的差分输出端，实现二分频功能。本发明通过将注入晶体管的源漏两极分别接到两个完全相同的电感电容振荡器的差分输出端，可以实现注入信号频率为49～81GHz的宽锁定范围；通过调整注入晶体管的宽长比，可以有效实现宽锁定频率范围的搬移。，下面是一种宽锁定范围的注入锁定分频器专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种宽锁定范围的注入锁定分频器，包括注入晶体管(1)、第一电感电容振荡器(2)和第二电感电容振荡器(3)，其特征在于：
第一电感电容振荡器(2)与第二电感电容振荡器(3)的同相输出端短接；
该注入晶体管(1)的栅极接入直流电压偏置和两倍频注入信号，该注入晶体管(1)的源极和漏极分别连接于第一电感电容振荡器(2)与第二电感电容振荡器(3)的差分输出端，实现二分频功能。
2.根据权利要求1所述的宽锁定范围的注入锁定分频器，其特征在于，所述第一电感电容振荡器(2)和所述第二电感电容振荡器(3)是完全相同的两个电感电容振荡器。
3.根据权利要求1所述的宽锁定范围的注入锁定分频器，其特征在于，所述第一电感电容振荡器(2)与第二电感电容振荡器(3)的同相输出端短接，是第一电感电容振荡器(2)的OUTP输出端与第二电感电容振荡器(3)的OUTP输出端短接，第一电感电容振荡器(2)的OUTN输出端与第二电感电容振荡器(3)的OUTN输出端短接。
4.根据权利要求1所述的宽锁定范围的注入锁定分频器，其特征在于，通过注入晶体管(1)的混频作用，输出信号频率跟踪注入信号频率变化，实现注入信号频率为49～81GHz的宽锁定范围，产生差分输出信号。

说明书全文

一种宽锁定范围的注入锁定分频器

技术领域

[0001] 本发明涉及应用于新一代超高速无线个域网WPAN(Wireless Personal Area Network)的60GHz毫米波技术，尤其是一种宽锁定范围的注入锁定分频器，是60GHz毫米波无线收发机中的重要模块电路。

背景技术

[0002] 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60GHz毫米波无线通信分为两个频段42.3-48.4GHz和59-64GHz频段，目前两个频段都已经开放。

[0003] 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基本上处于空白。

[0004] 分频器是锁相环电路的重要组成部分。在所有的锁相环电路的模块中，分频器电路工作在最高频率，使得分频器的设计成为挑战。注入锁定分频器适用于高频范围且低功耗，这是它具有相比其他分频器的优点，需要解决的问题是扩大锁定范围。与工作在低频频段的分频器相比，应用于60GHz频段的分频器设计具有以下难点：1、工作频率高；2、要求宽锁定范围；3、要求低功耗；4、要求面积小。因此，宽锁定范围的分频器的设计是当前研究热点和难点。

发明内容

[0005] (一)要解决的技术问题

[0006] 有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种宽锁定范围的注入锁定分频器，以扩大分频器的锁定范围，满足适用于60GHz毫米波无线通信系统的要求。

[0007] (二)技术方案

[0008] 为达到上述目的，本发明提供了一种宽锁定范围的注入锁定分频器，包括注入晶体管1、第一电感电容振荡器2和第二电感电容振荡器3，其中：第一电感电容振荡器2与第二电感电容振荡器3的同相输出端短接；该注入晶体管1的栅极接入直流电压偏置和两倍频注入信号，该注入晶体管1的源极和漏极分别连接于第一电感电容振荡器2与第二电感电容振荡器3的差分输出端，实现二分频功能。

[0009] 上述方案中，所述第一电感电容振荡器2和所述第二电感电容振荡器3是完全相同的两个电感电容振荡器。

[0010] 上述方案中，所述第一电感电容振荡器2与第二电感电容振荡器3的同相输出端短接，是第一电感电容振荡器2的OUTP输出端与第二电感电容振荡器3的OUTP输出端短接，第一电感电容振荡器2的OUTN输出端与第二电感电容振荡器3的OUTN输出端短接。

[0011] 上述方案中，通过注入晶体管1的混频作用，输出信号频率跟踪注入信号频率变化，实现注入信号频率为49～81GHz的宽锁定范围，产生差分输出信号。

[0012] (三)有益效果

[0013] 本发明提供的宽锁定范围的注入锁定分频器，通过将两个完全相同的电感电容振荡器的同相输出端相接，注入晶体管的源极和漏极分别接在两个振荡器的差分输出端，从而实现二分频功能的新型注入锁定分频器结构，实现了注入信号频率为49～81GHz的宽锁定范围，能够适用于60GHz毫米波无线通信系统。附图说明

[0014] 图1是传统的注入锁定分频器的电路图；

[0015] 图2是注入锁定分频器的行为级模型；

[0016] 图3是注入晶体管的模型；

[0017] 图4是本发明提供的宽锁定范围的注入锁定分频器的电路图。

具体实施方式

[0018] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

[0019] 在传统的注入锁定分频器中，如图1所示，在交叉耦合对电感电容振荡器的差分输出端接入注入晶体管1，注入晶体管1的栅极接入直流电压偏置和注入信号，振荡器2的差分输出端输出差分信号OUTP和OUTN。

[0020] 根据注入锁定原理，注入晶体管相当于混频器，电感电容谐振电路相当于滤波器。当电感电容谐振电路的谐振频率在ω0附近时，如果注入晶体管的栅极输入信号频率ω＝
2ω0，则注入晶体管作为混频器产生的混频积中将存在位于ω0频率处的混频项。如果此时电路满足巴克豪森判据所需要的相移量，那么该电路就能产生稳定的振荡输出信号，输出信号频率为注入信号频率的一半，从而实现二分频功能。振荡频率将跟踪输入信号频率的变化，在锁定范围内始终保持二分频关系。当电路不再满足巴克豪森判据所需的相移量时，则电路失去锁定。

[0021] 注入晶体管被看作是一个混频器，电感电容谐振腔可以将混频器输出的电流转换为分频器的电压输出。注入锁定分频器的行为级模型如图2所示。这样混频器在工作时会引入一个相移α，为保证环路能够稳定工作，谐振电路将会偏离原有的谐振点以引入另外一个相移β使得二者相加为零，α+β=0。

[0022] 注入晶体管在直流和两倍频信号注入时具有不同的相位响应。直流注入时混频器不会引入相移，即α=0，分频器电路会谐振在原有的频率处；两倍频信号注入时，混频器会引入相移分频器电路的谐振点会发生偏移，谐振电路引入相移使得总相移量为零。由于谐振电路能够引入的相移是有限的，在保证环路稳定的前提下，谐振点的频率偏移也是有限的，限制了分频器的锁定范围。注入晶体管的模型如图3所示。

[0023] 如图4所示，本发明提供了一种宽锁定范围的注入锁定分频器，包括注入晶体管1、第一电感电容振荡器2和第二电感电容振荡器3，其中：第一电感电容振荡器2与第二电感电容振荡器3的同相输出端短接；该注入晶体管1的栅极接入直流电压偏置和两倍频注入信号，该注入晶体管1的源极和漏极分别连接于第一电感电容振荡器2与第二电感电容振荡器3的差分输出端，实现二分频功能。

[0024] 图4中，第一电感电容振荡器2和第二电感电容振荡器3是完全相同的两个电感电容振荡器。第一电感电容振荡器2与第二电感电容振荡器3的同相输出端短接，是第一电感电容振荡器2的OUTP输出端与第二电感电容振荡器3的OUTP输出端短接，第一电感电容振荡器2的OUTN输出端与第二电感电容振荡器3的OUTN输出端短接。通过注入晶体管1的混频作用，输出信号频率跟踪注入信号频率变化，实现注入信号频率为49～81GHz的宽锁定范围，产生差分输出信号。

[0025] 在本发明提供的宽锁定范围的注入锁定分频器中，如图4所示，采用两个完全相同的电感电容振荡器，它们各自的OUTP和OUTN输出端短接在一起，注入晶体管的源极和漏极分别接在OUTP和OUTN输出端，注入晶体管的栅极接入直流电压偏置和两倍频注入信号。当注入信号频率在一定范围内时，振荡器的输出端输出二分之一注入频率的差分信号，电路实现二分频功能。根据相移补偿理论，由于采用了两个完全相同的振荡器，在两倍频信号注入时，每个振荡器只需要贡献一半的相移使得总相移量为补偿了混频器引入的相移使得整个环路的相移为0。这样，在混频器引入相移α时，谐振电路所能补偿的相移总量将会大大提高，从而使得分频器的锁定范围大大提高。该分频器实现了注入信号频率范围为49～81GHz的宽锁定范围。

[0026] 本发明提供的宽锁定范围的注入锁定分频器，通过将注入晶体管的源漏两极分别接到两个完全相同的电感电容振荡器的差分输出端，可以实现注入信号频率为49～81GHz的宽锁定范围；通过调整注入晶体管的宽长比，可以有效实现宽锁定频率范围的搬移。该注入锁定分频器输出两路差分信号，可用作高频锁相环电路的分频器。

[0027] 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。

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