【摘 要】
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随着卫星通信和汽车雷达等技术的快速发展,毫米波通信技术对于军事和民用等多种领域具有广泛的应用前景。毫米波锁相环是毫米波通信系统中的关键模块,其性能的好坏将极大地影响通信质量的高低。毫米波宽带分频器的作用是对DCO的输出信号进行分频,并获得稳定的本振信号。分频器作为毫米波全数字锁相环中最关键的部分之一,其性能对整个锁相环有着极大的影响,尤其是工作速度、分频范围、分频比以及功耗、相噪等性能。本文以毫米
【基金项目】
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国家自然基金项目“纳米 CMOS 工艺高速数模混合锁相环频率合成器非理想特性模型研究”；
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随着卫星通信和汽车雷达等技术的快速发展,毫米波通信技术对于军事和民用等多种领域具有广泛的应用前景。毫米波锁相环是毫米波通信系统中的关键模块,其性能的好坏将极大地影响通信质量的高低。毫米波宽带分频器的作用是对DCO的输出信号进行分频,并获得稳定的本振信号。分频器作为毫米波全数字锁相环中最关键的部分之一,其性能对整个锁相环有着极大的影响,尤其是工作速度、分频范围、分频比以及功耗、相噪等性能。本文以毫米波锁相环中的分频器为研究课题,为毫米波频率综合器设计了模八十的整数分频,分为三个分频器完成,分别为注入锁定分频器,电流模逻辑二分频器以及由双模分频和异步分频器组成的一个固定二十整数分频器。本文主要工作可总结为以下几方面:（1）通过研究锁定范围的数学模型,改进了普通的直接注入式注入锁定分频器的谐振腔:将单个谐振腔改为两个谐振腔耦合的方式以减小等效电容值,获得了比直接注入式分频器更加高的频率以及更加宽的带宽。并基于电磁仿真软件自主设计并优化了无源电感的尺寸和品质因数。测试结果表明,其LC谐振网络自由振荡频率为39GHz。当注入信号的功率为0d Bm时,可达到分频范围68-88GHz。核心电路芯片面积为0.12mm×0.14mm,在1MHz的频偏下,相噪不超过-110.19d Bc/Hz。（2）分析不同动态电流模逻辑结构并选择Razavi结构的二分频器作为第二级分频器。并通过优化电路中晶体管尺寸和优化分频器版图设计,减小寄生电容,在不使用任何峰化电感等无源元件的情况下将Razavi二分频器的工作频率提高到45GHz以上。测试结果表明,本设计中的Razavi结构动态电流模逻辑分频器实现了19-48GHz的工作频率范围,在中心频率仅需-35d Bm输入功率的灵敏度,其最高直流电流为9.34m A。（3）以普通的基于触发器和逻辑控制的双模分频器为灵感,设计了固定二十分频器。取代了电路结构繁复的同步扭环形计数器型分频器,通过研究设计双模分频器和异步分频器的逻辑原理,实现了拥有高分频频率,宽分频范围的固定二十分频。测试结果表示在17-22GHz能够实现正常分频。
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