基于片上變壓器的邊緣組合式數(shù)字倍頻器的制造方法
【專利摘要】基于片上變壓器的邊緣組合式數(shù)字倍頻器，涉及數(shù)字倍頻器。設(shè)有第一、第二邊緣組合器和基于片上變壓器的雙極點(diǎn)負(fù)載網(wǎng)絡(luò)；第一和第二邊緣組合器的輸入信號(hào)均由2n個(gè)相位差為360°/2n的信號(hào)組成，第一邊緣組合器輸出端連接片上變壓器的初級(jí)線圈一端和輸入電容的上極板，第二邊緣組合器輸出端連接片上變壓器的初級(jí)線圈另一端和輸入電容下極板，片上變壓器的初級(jí)線圈中間節(jié)點(diǎn)接第一和第二邊緣組合器的供電電壓或整個(gè)基于片上變壓器的邊緣組合式數(shù)字倍頻器的供電電壓；片上變壓器的次級(jí)線圈一端連接輸出電容的上極板作為輸出信號(hào)的正極，片上變壓器的次級(jí)線圈另一端連接輸出電容的下極板作為輸出信號(hào)的負(fù)極；片上變壓器的次級(jí)線圈中間節(jié)點(diǎn)接地。
【專利說明】
基于片上變壓器的邊緣組合式數(shù)字倍頻器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及數(shù)字倍頻器，尤其是涉及一種具有寬帶、高諧波抑制功能的基于片上 變壓器的邊緣組合式數(shù)字倍頻器。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著現(xiàn)代半導(dǎo)體工業(yè)的高速發(fā)展，深亞微米的數(shù)字CMOS工藝持續(xù)地向更小的尺寸 演進(jìn)，從90nm到65nm，隨后是40nm，28nnr··，單元面積娃片的加工成本在量產(chǎn)時(shí)依然能夠保 持在大約0.1~0.2美金/mm 2;而對(duì)于集成電路而言，與之伴隨的是更小的芯片尺寸、更快的 工作速度和更低的功耗。因此受益于現(xiàn)代先進(jìn)半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展，不管是消費(fèi)類電子 產(chǎn)品、移動(dòng)電話、藍(lán)牙模塊，還是雷達(dá)探測(cè)、衛(wèi)星通信、工業(yè)部門和消費(fèi)者都可以以更低的成 本獲得更佳的功能體驗(yàn)。
[0003] 然而，在深亞微米的數(shù)字CMOS工藝飛速發(fā)展的浪潮中，基于傳統(tǒng)模擬技術(shù)的射頻/ 微波/毫米波集成電路依然依賴于SiGe BiCMOS、RF CMOS或GaAs工藝，即對(duì)于襯底、晶體管、 及金屬線厚度等提出更高的要求，因此相對(duì)于數(shù)字電路而言，射頻前端收發(fā)機(jī)的成本高昂 了許多；同時(shí)，由于射頻前端及數(shù)字基帶均需采用不同半導(dǎo)體工藝的結(jié)果，造成了射頻/模 擬/數(shù)字電路S0C(片上系統(tǒng)）系統(tǒng)級(jí)芯片發(fā)展緩慢。因此，采用數(shù)字技術(shù)來設(shè)計(jì)射頻/微波/ 毫米波集成電路是降低射頻前端收發(fā)機(jī)成本和提高片上系統(tǒng)芯片集成度的有效途徑之一。
[0004] 傳統(tǒng)的邊緣組合式(Edge Combining)數(shù)字倍頻器的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，該電路 由邊緣組合器(EC1、EC2)以及負(fù)載(Z1、Z2)組成，2n個(gè)輸入信號(hào)由2n個(gè)相位差為360°/2n的 周期性信號(hào)組成(η為偶數(shù)自然數(shù)）。圖2是傳統(tǒng)邊緣組合式數(shù)字倍頻器的一個(gè)示例，在該倍 頻器中輸入信號(hào)為η組相位差為180°/η的差分信號(hào)對(duì)(共2η個(gè)相位），其中η為偶數(shù)自然數(shù)。 為表述方便這里把相位為0°、180° Χ1/η、180° Χ2/η···、180° Χ(2η-1)/η、360°的信號(hào)按順 序稱為P〇、Pl、···、Ρ2η-1，其中Pn+i與Pi(i = 1、2···)相位差為180°。如圖2所不，邊緣組合器模塊 由2n組共源共柵(Cascode)NMOS晶體管（也可以是PM0S、Bipolar等類型的晶體管)Nl cs,〇~ Nlcs,n-~N2cs, n-i以及Nlcg,〇~Nlcg,n-卜吧％。~N2 cg,n-i組成，電感LjPL2為電路負(fù)載。只 有當(dāng)連接串聯(lián)的匪0S晶體管的兩個(gè)信號(hào)同時(shí)為高電平時(shí)，該支路才有電流，且把輸出端下 拉到低電平。因此，通過對(duì)2n個(gè)信號(hào)進(jìn)行有規(guī)律的排列連接到EC倍頻器中，讓每個(gè)Τ ιη/η(Τιη 為輸入信號(hào)的周期）的時(shí)間段內(nèi)只有一個(gè)支路導(dǎo)通并把輸出端電位下拉到低電平，具體波 形示意圖如圖3所示。結(jié)果，在輸出端可以獲得周期為Τ ιη/η的信號(hào)，即輸出信號(hào)頻率是輸入 信號(hào)頻率的η倍，電路實(shí)現(xiàn)了η倍頻的作用（[l]Hong-Yi Huang and Jian-Hong Shen，〃A DLL-based programmable clock generator using threshold-trigger delay element and circular edge combiner,^ΙΕΕΕ Asia-Pacific Conference on Advanced System Integrated Circuits(AP-ASIC2004)，pp·76-79，Aug.2004;[2]M.Gholami，M.Sharifkhani and M.Hashemi，"a novel parallel architecture for low voltage-low power dll-based frequency multiplier，〃IEEE 6th International Conference on Design& Technology of Integrated Systems in Nanoscale Era(DTIS)，2011)〇
[0005] 假設(shè)輸入信號(hào)均為方波，且沒有噪聲，此時(shí)EC倍頻器中流過每個(gè)負(fù)載的電流可以 分解為η個(gè)電流脈沖信號(hào)，如圖4所示。由于每個(gè)信號(hào)是周期性的脈沖信號(hào)，因此每個(gè)信號(hào)可 由傅立葉級(jí)數(shù)來表示。為簡(jiǎn)化分析起見，我們假設(shè)EC倍頻器的輸入輸出信號(hào)的電平轉(zhuǎn)換都 是理想的，即上升/下降時(shí)間均為0。以輸出端分解后的第一個(gè)信號(hào)1_,〇為例，其傅立葉級(jí)數(shù) 的系數(shù)可表不為（[3]F._R .Liao, S._S.Lu，"A waveform-dependent phase-noise analysis for edge-combining DLL frequency multipliers,^IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques,vol.60,no.4,pp.1086-1096,Apr.2012)：
[0006] (1)
[0007] 其中，IQ為輸出信號(hào)流過負(fù)載阻抗的電流幅度，ωιη為輸入信號(hào)角頻率，k為諧波 數(shù)。所以I ecu(t)可表示為：
[0008] (2)
[0009] 同樣地，輸出電流信號(hào)的其他分量也可以用同樣的方式獲得。由此可見，輸出電流 信號(hào)可以表不為：
[0010] (3：)
[0011]
[0012] (4)
[0013]假設(shè)EC倍頻器的負(fù)載阻抗為ZoaFLfZo)，則輸出電壓信號(hào)的幅值為：
[0014]
[0015] 如果沒有相位誤差，占空比失真（Duty Cycle Distortion,DCD)和信號(hào)上升/下降 時(shí)間失配，式(4)可以簡(jiǎn)化為：
[0016] (6)
[0017] 其中1為整數(shù)。式(6)表示合成后的EC輸出信號(hào)頻率是輸入信號(hào)頻率的N倍，且沒有 輸入信號(hào)的h次諧波分量，其中h為不等于1XN(1為整數(shù)）的自然數(shù)，輸出理想電壓幅度為2 (Ιο/2π) XZo。
[0018] 然而，當(dāng)輸入η組差分信號(hào)間存在相位誤差以及信號(hào)本身存在占空比失真、信號(hào)上 升/下降時(shí)間存在失配時(shí)，式(4)中Ak在k#lXN時(shí)不再等于零，因此在輸出端引入了各次諧 波分量，且其大小與相位誤差大小以及信號(hào)本身的占空比失真程度和上升/下降時(shí)間失配 程度有關(guān)。由于諧波分量的存在，對(duì)射頻/微波/毫米波前端收發(fā)機(jī)系統(tǒng)的性能造成了極其 惡劣的影響，如在窄帶接收機(jī)中，諧波分量將增加相鄰?fù)ǖ赖脑肼曀剑档褪瞻l(fā)機(jī)的靈敏 度;在微波/_米波收發(fā)機(jī)系統(tǒng)中，諧波分量過大將破壞國(guó)際規(guī)范中對(duì)諧波分量最大輸出功 率的要求。因而，需要采用具有濾波功能的負(fù)載來抑制一些不必要的諧波分量，如電感負(fù)載 等（[4]0·Casha，et·al，''Analysis of the spur characteristics of edge-combining DLL-based frequency multiplier，〃IEEE Trans.on Circuits and Systems II,vol.56, no·2，pp·132-136，F(xiàn)eb·2009;[5]A.Ojani，et.al，''Modeling and analysis of harmonic spurs in DLL-based frequency multiplier,^ΙΕΕΕ Trans.on Circuits and Systems I,vol.61,no.11,pp.3075-3084,Nov.2014)〇
[0019] 基于硅襯底的平面集成電感由于其本身的特性，品質(zhì)因子不高，因而在作為電路 負(fù)載時(shí)其濾波能力有限，尤其用在邊緣組合式數(shù)字倍頻器中，單一的電感或者簡(jiǎn)單的電感 電容網(wǎng)絡(luò)很難有效抑制由于輸入信號(hào)的非理想性和EC電路本身晶體管失配所產(chǎn)生的諧波 信號(hào)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0020] 本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有的邊緣組合式數(shù)字倍頻器存在的上述問題，提供一種 采用片上變壓器負(fù)載網(wǎng)絡(luò)組成具有兩對(duì)共輒極點(diǎn)的負(fù)載阻抗網(wǎng)絡(luò)，可改善傳統(tǒng)邊緣組合式 數(shù)字倍頻器的濾波性能和帶寬性能，具有寬帶、高諧波抑制功能的基于片上變壓器的邊緣 組合式數(shù)字倍頻器。
[0021] 本發(fā)明設(shè)有第一邊緣組合器、第二邊緣組合器、基于片上變壓器的雙極點(diǎn)負(fù)載網(wǎng) 絡(luò)；
[0022]所述第一邊緣組合器和第二邊緣組合器的輸入信號(hào)均由2n個(gè)相位差為360°/2n的 信號(hào)組成，第一邊緣組合器的輸出端連接片上變壓器的初級(jí)線圈一端和輸入電容的上極 板，第二邊緣組合器的輸出端連接片上變壓器的初級(jí)線圈的另一端和輸入電容的下極板， 片上變壓器的初級(jí)線圈中間節(jié)點(diǎn)接第一邊緣組合器和第二邊緣組合器的供電電壓或整個(gè) 基于片上變壓器的邊緣組合式數(shù)字倍頻器的供電電壓;片上變壓器的次級(jí)線圈一端連接輸 出電容的上極板作為輸出信號(hào)的正極，片上變壓器的次級(jí)線圈另一端連接輸出電容的下極 板作為輸出信號(hào)的負(fù)極;片上變壓器的次級(jí)線圈中間節(jié)點(diǎn)接地或接下一級(jí)電路模塊的偏置 電壓或懸空。
[0023] 所述邊緣組合器可由2n組晶體管組成，電路負(fù)載部分由片上差分變壓器、輸入電 容和輸出電容組成，η為偶數(shù)自然數(shù)，所述晶體管采用共源共柵NM0S晶體管、共源共柵PM0S 晶體管、共源共柵Bipolar晶體管中的一種;差分變壓器初級(jí)線圈中間節(jié)點(diǎn)接電源電壓，用 以給整個(gè)基于片上變壓器的邊緣組合式數(shù)字倍頻器供電，次級(jí)線圈中間節(jié)點(diǎn)接地或接下一 級(jí)電路的偏置電壓或懸空；在第一邊緣組合器中，晶體管NU S>1的源極接地，?=0，1···(η-1)，晶體管Nlcs, i的漏極連接晶體管Nlcg, i的源極，i = 0，1…（η-1)，晶體管Nlcs, i的柵極連接 信號(hào)pn+1+2xi，其中1 = 0，1一（11/2-1);當(dāng)1大于（11/2-1)時(shí)，晶體管~1。〇的柵極連接信號(hào) p1+2xi- n，其中 1=11/2，（11/2+1)'"(11-1);晶體管附^的柵極[1 = 0，1'"(11-1)]分別連接信號(hào) p2Xl，其中? = (Μ···(η-1);晶體管Nlcg>1的漏極[i = 0，l"_(n-l)]共同連接片上變壓器的初 級(jí)線圈的一端和輸入電容的上極板;在第二邊緣組合器中，晶體管N2CS>1的源極接地[i=0， 1…（η-1)]，晶體管N2 CS, i的漏極連接晶體管N2cg, i的源極[i = 0，1…（n-1)]，晶體管N2CS, i的 柵極連接信號(hào)pn+2+2xi，其中i = 0，1…(n/2-2);當(dāng)i大于n/2-2時(shí)，晶體管N2CS, i的柵極連接信 號(hào)p2xi-n+2，其中i =n/2-l，n/2+l…（n-1);晶體管N2cg,i的柵極[i =0，1…（n-1)]分別連接信 號(hào)ρ2χ1+1，其中? = (Μ···(η-1);晶體管N2cg>1的漏極[? = (Μ···(η-1)]共同連接片上變壓器的 初級(jí)線圈的另一端和輸入電容的下極板;片上變壓器的初級(jí)線圈中間節(jié)點(diǎn)接邊緣組合器的 供電電壓或整個(gè)倍頻器的供電電壓;片上變壓器的次級(jí)線圈的一端連接輸出電容的上極板 作為輸出信號(hào)的正極，片上變壓器的次級(jí)線圈的另一端連接輸出電容的下極板作為輸出信 號(hào)的負(fù)極；片上變壓器的次級(jí)線圈中間節(jié)點(diǎn)可接地或接下一級(jí)電路模塊的偏置電壓或懸 空。
[0024] 本發(fā)明的負(fù)載阻抗網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)的電感阻抗網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)、帶寬和濾波性能對(duì) 比。由于輸入信號(hào)的非理想性和邊緣組合邏輯電路中晶體管的失配原因，造成輸出電流Iec 中除了所要的在NXFin頻率點(diǎn)的電流信號(hào)外，還存在眾多輸入信號(hào)Fin的諧波信號(hào)，其中最 大諧波位于N XFin頻率附近，如(N± 1 )Fin、（N± 2)Fin等頻率點(diǎn)。在傳統(tǒng)的以電感為負(fù)載的 邊緣組合式數(shù)字倍頻器中，當(dāng)用在窄帶系統(tǒng)時(shí)，F(xiàn)in的諧波信號(hào)可能落入相鄰的頻道中，提 高相鄰頻道的噪聲水平，降低相鄰頻道的靈敏度；當(dāng)用在寬帶系統(tǒng)時(shí)，諧波分量距離帶寬上 下限太近，以至于對(duì)諧波的抑制十分有限，同時(shí)由于電感負(fù)載是單極點(diǎn)系統(tǒng)，只能在通帶外 產(chǎn)生-20dB/dec的諧波抑制能力，因此對(duì)諧波的抑制有限。如若采用本發(fā)明所提的變壓器和 電容組成的負(fù)載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，將在負(fù)載端產(chǎn)生兩對(duì)共輒極點(diǎn)，由于可以通過設(shè)計(jì)片上變壓器 選取不同的Lp、Ls和Cp、Cs的值以及設(shè)計(jì)不同的變壓器互感值M，使得極點(diǎn)fp和fn位于所需 頻率N X Fin的兩邊，不僅可以獲得平穩(wěn)的寬帶特性，還可以產(chǎn)生-40dB/dec的帶外濾波性 能，可以更加有效地抑制NXFin附件的諧波信號(hào)。同時(shí)還可以通過調(diào)整fp和fn極點(diǎn)的位置 來調(diào)整通帶帶寬的大小，可獲得比傳統(tǒng)倍頻器更寬的帶寬。
【附圖說明】
[0025] 圖1為傳統(tǒng)的邊緣組合式倍頻器結(jié)構(gòu)框圖。
[0026] 圖2為傳統(tǒng)的邊緣組合式倍頻器實(shí)現(xiàn)電路圖。
[0027]圖3為邊緣組合式數(shù)字倍頻器工作原理波形示意圖。
[0028] 圖4為邊緣組合式數(shù)字倍頻器的輸出分解為一系列周期性脈沖信號(hào)。
[0029] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例的電路組成示意圖。
[0030] 圖6為本發(fā)明實(shí)施例的實(shí)現(xiàn)方式之一。
[0031 ]圖7為本發(fā)明實(shí)施例的負(fù)載端半邊小信號(hào)等效電路圖。
[0032]圖8為本發(fā)明實(shí)施例的負(fù)載網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)的電感負(fù)載網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)、帶寬、濾波性 能對(duì)比。
【具體實(shí)施方式】
[0033]以下實(shí)施例將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0034]如圖5所示，本發(fā)明設(shè)有第一邊緣組合器EC1、第二邊緣組合器EC2、基于片上變壓 器的雙極點(diǎn)負(fù)載網(wǎng)絡(luò)G;
[0035]所述第一邊緣組合器EC1和第二邊緣組合器EC2的輸入信號(hào)均由2n個(gè)相位差為 360°/2n的信號(hào)組成，第一邊緣組合器EC1的輸出端連接片上變壓器的初級(jí)線圈一端和輸入 電容Cp的上極板，第二邊緣組合器EC2的輸出端連接片上變壓器的初級(jí)線圈的另一端和輸 入電容Cp的下極板，片上變壓器的初級(jí)線圈中間節(jié)點(diǎn)CTP接第一邊緣組合器EC1和第二邊緣 組合器EC2的供電電壓或整個(gè)基于片上變壓器的邊緣組合式數(shù)字倍頻器的供電電壓；片上 變壓器的次級(jí)線圈一端連接輸出電容Cs的上極板作為輸出信號(hào)Vout的正極，片上變壓器的 次級(jí)線圈另一端連接輸出電容Cs的下極板作為輸出信號(hào)Vout的負(fù)極;片上變壓器的次級(jí)線 圈中間節(jié)點(diǎn)CTS接地或接下一級(jí)電路模塊的偏置電壓或懸空。
[0036] 如圖6所示為本發(fā)明所提的倍頻器的實(shí)現(xiàn)方式之一的電路示意圖，所述邊緣組合 器可由 2n 組晶體管 Nlcs,〇 ~Nlcs,n-~N2cs,n-!以及 Nlcg,〇 ~Nlcg,n-~N2cg,n-!組 成，電路負(fù)載部分由片上差分變壓器和電容C P、CS組成，n為偶數(shù)自然數(shù)，所述晶體管可采用 共源共柵NM0S晶體管、共源共柵PM0S晶體管、共源共柵Bipolar晶體管等中的一種。差分變 壓器初級(jí)線圈中間節(jié)點(diǎn)CTP可接電源電壓等用以給整個(gè)基于片上變壓器的邊緣組合式數(shù)字 倍頻器供電，次級(jí)線圈中間節(jié)點(diǎn)CTS可接地或接下一級(jí)電路的偏置電壓或懸空。在第一邊緣 組合器EC1中，晶體管的源極接地[1 = 0，1"_(11-1)]，晶體管附％1的漏極連接晶體管 附心的源極[丨=0，卜.（11-1)]，晶體管附^的柵極連接信號(hào)? 11+1+2幻，其中丨=0，卜.（11/2-1);當(dāng)丨大于(11/2-1)時(shí)，晶體管價(jià)心的柵極連接信號(hào)？1+2幻- 11，其中丨=11/2，（11/2+1》"（11-1);晶體管Nlcg>1的柵極[? = (Μ···(η-1)]分別連接信號(hào)p2Xl，其中? = (Μ···(η-1);晶體管 Nlcg>1的漏極[? = 0，1···(η-1)]共同連接片上變壓器的初級(jí)線圈的一端和輸入電容Cp的上 極板。在第二邊緣組合器EC2中，晶體管N2 CS>1的源極接地[?=(Μ···(η-1)]，晶體管N2CS>1的 漏極連接晶體管N2 cg,i的源極[i = 0，1…(n-Ι)]，晶體管N2CS,i的柵極連接信號(hào)?"+2+2幻，其中i =0，1…(n/2-2);當(dāng)i大于n/2-2時(shí)，晶體管N2 CS,i的柵極連接信號(hào)?2>^-n+2，其中i =n/2-l，n/ 2+卜_(11-1);晶體管呢心的柵極[1 = 0，卜_(11-1)]分別連接信號(hào)？2>^+1，其中1 = 0，卜_(11-1);晶體管N2cg>1的漏極[?=0，1···(η-1)]共同連接片上變壓器的初級(jí)線圈的另一端和輸入 電容Cp的下極板。片上變壓器的初級(jí)線圈中間節(jié)點(diǎn)CTP接邊緣組合器的供電電壓或整個(gè)倍 頻器的供電電壓；片上變壓器的次級(jí)線圈的一端連接輸出電容Cs的上極板作為輸出信號(hào) Vout的正極，片上變壓器的次級(jí)線圈的另一端連接輸出電容Cs的下極板作為輸出信號(hào)Vout 的負(fù)極;片上變壓器的次級(jí)線圈中間節(jié)點(diǎn)CTS可接地或接下一級(jí)電路模塊的偏置電壓或懸 空。
[0037] 本發(fā)明的負(fù)載端半邊小信號(hào)等效電路圖如圖7所示，其中Iec為邊緣組合器輸出的 電流，由式(3)表示，Lp為變壓器初級(jí)電感，Rp為變壓器初級(jí)電感的等效寄生電阻，Cp為接在 變壓器初級(jí)線圈兩端的輸入電容，Ls為變壓器次級(jí)線圈的電感，Rs為變壓器次級(jí)電感的等 效寄生電阻，Cs為接在變壓器次級(jí)線圈兩端的輸出電容，Μ為變壓器的互感值。Vout為變壓 器次級(jí)線圈的輸出電壓，同時(shí)也是整個(gè)EC倍頻器的輸出電壓。由圖7的小信號(hào)等效電路圖， 可以得到Vout的表達(dá)式：
[0038] (7)
[0039]由式(7)可以看到，Vout的表達(dá)式中有兩對(duì)共輒極點(diǎn)：
[0040] (8)
[0041]
[0042] C9；
[0043]圖8所示為本發(fā)明的負(fù)載阻抗網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)的電感阻抗網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)、帶寬和濾 波性能對(duì)比（在圖8中，標(biāo)記A為本發(fā)明實(shí)施例的負(fù)載阻抗網(wǎng)絡(luò)頻率響應(yīng)，B為傳統(tǒng)的負(fù)載阻 抗網(wǎng)絡(luò)頻率響應(yīng)，C為輸出信號(hào)幅值）。由于輸入信號(hào)的非理想性和邊緣組合邏輯電路中晶 體管的失配原因，造成輸出電流Iec中除了所要的在NXFin頻率點(diǎn)的電流信號(hào)外，還存在眾 多輸入信號(hào)Fin的諧波信號(hào)，其中最大諧波位于NXFin頻率附近，如(N±l)Fin、（N±2)Fin 等頻率點(diǎn)。在傳統(tǒng)的以電感為負(fù)載的EC倍頻器中，當(dāng)用在窄帶系統(tǒng)時(shí)，F(xiàn)in的諧波信號(hào)可能 落入相鄰的頻道中，提高相鄰頻道的噪聲水平，降低相鄰頻道的靈敏度；當(dāng)用在寬帶系統(tǒng) 時(shí)，諧波分量距離帶寬上下限太近，以至于對(duì)諧波的抑制十分有限，同時(shí)由于電感負(fù)載是單 極點(diǎn)系統(tǒng)，只能在通帶外產(chǎn)生-20dB/dec的諧波抑制能力，因此對(duì)諧波的抑制有限。如若采 用本發(fā)明所提的變壓器和電容組成的負(fù)載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，將在負(fù)載端產(chǎn)生兩對(duì)共輒極點(diǎn)，由于 可以通過設(shè)計(jì)片上變壓器選取不同的Lp、Ls和Cp、Cs的值以及設(shè)計(jì)不同的變壓器互感值M， 使得極點(diǎn)fp和fn位于所需頻率NXFin的兩邊，不僅可以獲得平穩(wěn)的寬帶特性，還可以產(chǎn)生-40dB/dec的帶外濾波性能，可以更加有效地抑制NX Fin附件的諧波信號(hào)。同時(shí)還可以通過 調(diào)整fp和fn極點(diǎn)的位置來調(diào)整通帶帶寬的大小，可獲得比傳統(tǒng)倍頻器更寬的帶寬。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 基于片上變壓器的邊緣組合式數(shù)字倍頻器，其特征在于設(shè)有第一邊緣組合器、第二 邊緣組合器、基于片上變壓器的雙極點(diǎn)負(fù)載網(wǎng)絡(luò)； 所述第一邊緣組合器和第二邊緣組合器的輸入信號(hào)均由2n個(gè)相位差為360°/2n的信號(hào) 組成，第一邊緣組合器的輸出端連接片上變壓器的初級(jí)線圈一端和輸入電容的上極板，第 二邊緣組合器的輸出端連接片上變壓器的初級(jí)線圈的另一端和輸入電容的下極板，片上變 壓器的初級(jí)線圈中間節(jié)點(diǎn)接第一邊緣組合器和第二邊緣組合器的供電電壓或整個(gè)基于片 上變壓器的邊緣組合式數(shù)字倍頻器的供電電壓;片上變壓器的次級(jí)線圈一端連接輸出電容 的上極板作為輸出信號(hào)的正極，片上變壓器的次級(jí)線圈另一端連接輸出電容的下極板作為 輸出信號(hào)的負(fù)極;片上變壓器的次級(jí)線圈中間節(jié)點(diǎn)接地或接下一級(jí)電路模塊的偏置電壓或 懸空。2. 如權(quán)利要求1所述基于片上變壓器的邊緣組合式數(shù)字倍頻器，其特征在于所述邊緣 組合器由2n組晶體管組成，電路負(fù)載部分由片上差分變壓器、輸入電容和輸出電容組成，η 為偶數(shù)自然數(shù)，所述晶體管采用共源共柵匪OS晶體管、共源共柵PMOS晶體管、共源共柵 Bipolar晶體管中的一種;差分變壓器初級(jí)線圈中間節(jié)點(diǎn)接電源電壓，用以給整個(gè)基于片上 變壓器的邊緣組合式數(shù)字倍頻器供電，次級(jí)線圈中間節(jié)點(diǎn)接地或接下一級(jí)電路的偏置電壓 或懸空;在第一邊緣組合器中，晶體管NIa 1的源極接地，i = 0，l"_(n-l)，晶體管NIa1的漏 極連接晶體管附。8,:1的源極，丨=0，1."(11-1)，晶體管附。 3,：1的柵極連接信號(hào)口11+1+2\:1，其中1 = 0，1··(η/2-1);當(dāng)i大于(n/2-l)時(shí)，晶體管Nlcs,i的柵極連接信號(hào)p1+2xi- n，其中i=n/2，（n/2 + 1)"_(11-1);晶體管附心的柵極[1 = 0，1'"(11-1)]分別連接信號(hào)?2幻，其中1=0，卜_(11-1); 晶體管Nlc^ 1的漏極[? = 0，1···(η-1)]共同連接片上變壓器的初級(jí)線圈的一端和輸入電容 的上極板;在第二邊緣組合器中，晶體管吧。8>1的源極接地[?=0，1···(η-1)]，晶體管吧。 8>1的 漏極連接晶體管N2cg,i的源極[i = 0，1…(η-1)]，晶體管N2CS,i的柵極連接信號(hào)?"+2+2幻，其中i =0，1…(n/2-2);當(dāng)i大于n/2-2時(shí)，晶體管N2CS,i的柵極連接信號(hào)?2>^- n+2，其中i =n/2-l，n/ 2+卜_(11-1);晶體管呢心的柵極[1 = 0，卜_(11-1)]分別連接信號(hào)？2>^+1，其中1 = 0，卜_(11-1);晶體管N2cg>1的漏極[?=0，1···(η-1)]共同連接片上變壓器的初級(jí)線圈的另一端和輸入 電容的下極板;片上變壓器的初級(jí)線圈中間節(jié)點(diǎn)接邊緣組合器的供電電壓或整個(gè)倍頻器的 供電電壓;片上變壓器的次級(jí)線圈的一端連接輸出電容的上極板作為輸出信號(hào)的正極，片 上變壓器的次級(jí)線圈的另一端連接輸出電容的下極板作為輸出信號(hào)的負(fù)極;片上變壓器的 次級(jí)線圈中間節(jié)點(diǎn)接地或接下一級(jí)電路模塊的偏置電壓或懸空。
【文檔編號(hào)】H03B19/14GK105897170SQ201610268275
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年4月27日
【發(fā)明人】黃果池
【申請(qǐng)人】加馳（廈門）微電子技術(shù)有限公司