基于40nm CMOS工藝的60GHz注入鎖定分頻器的研究與設(shè)計.pdf

1、當(dāng)前的各種無線通信技術(shù)因為頻譜資源日益緊張和傳輸速率有限而無法滿足應(yīng)用需求。毫米波通信技術(shù)的帶寬高達(dá)5～7GHz，傳輸速率可實(shí)現(xiàn)數(shù)Gbps，是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。同時，CMOS器件的高頻性能伴隨工藝的快速發(fā)展而不斷提高，低成本、高集成度、能與基帶工藝相集成等優(yōu)勢使得CMOS器件成為設(shè)計毫米波集成電路的理想選擇。
　　壓控振蕩器和分頻器作為鎖相環(huán)頻率綜合器的核心部件，工作頻率最高，它們的性能好壞將直接影響整個收發(fā)系統(tǒng)的性能。本文基于SM

2、IC40nm CMOS工藝，設(shè)計了應(yīng)用于毫米波鎖相環(huán)的壓控振蕩器和注入鎖定分頻器，主要工作和成果包括如下方面:
　　1、利用ADS和HFSS軟件，對應(yīng)用于毫米波頻段的無源器件電感和傳輸線進(jìn)行了電磁仿真，優(yōu)化器件尺寸以滿足設(shè)計需求;建立電感的等效電路模型，方便設(shè)計優(yōu)化和提高仿真精度;分析比較了常見可變電容結(jié)構(gòu)的性能優(yōu)劣。
　　2、基于SMIC40nm CMOS工藝，設(shè)計了一種應(yīng)用于60GHz毫米波頻率綜合器的二分頻注入鎖定分頻

3、器。通過優(yōu)化注入網(wǎng)絡(luò)和有源及無源器件尺寸等方法，提高了注入效率。電磁仿真設(shè)計并優(yōu)化無源電感以擴(kuò)大鎖定范圍。優(yōu)化版圖設(shè)計減少了寄生、失配和干擾。后仿真結(jié)果表明，該分頻器工作頻率為55.2～61.2GHz，注入鎖定范圍為6.0GHz。電源電壓0.8V下，功耗為5.5mW（不計緩沖放大器），核心電路面積為0.016mm2。本設(shè)計實(shí)現(xiàn)了低功耗、芯片面積小和寬鎖定范圍的目標(biāo)。
　　3、基于SMIC40nm CMOS工藝，設(shè)計了一種低功耗寬調(diào)

4、諧范圍的壓控振蕩器。采用分布式電感電容結(jié)構(gòu)，提高振蕩頻率，降低振蕩所需的環(huán)路增益;優(yōu)化諧振網(wǎng)絡(luò)中電容的設(shè)計，降低相位噪聲，提高調(diào)諧范圍;電磁仿真無源電感，提高品質(zhì)因數(shù)，降低相位噪聲。后仿真結(jié)果表明，壓控振蕩器頻率調(diào)諧范圍為56.1～61.2GHz(5.1GHz，8.7％)，振蕩中心頻率處的相位噪聲為-88dBc/Hz@1MHz。電源電壓0.8V下，功耗為3.3mW(不計緩沖放大器)。芯片核心面積為0.0135mm2。將壓控振蕩器的輸出信