本發(fā)明涉及毫米波集成電路，尤其涉及一種基于注入鎖定技術(shù)的超寬帶超低功耗四倍頻器電路。本電路輸出信號功率穩(wěn)定，鎖定帶寬極大，不引人額外的相位噪聲，總功耗僅為傳統(tǒng)毫米波四倍頻器的四分之一。
背景技術(shù)：
1、?在毫米波波段，傳統(tǒng)倍頻器存在若干技術(shù)問題，例如：（1）帶寬有限，無法在76至81?ghz全頻帶內(nèi)實現(xiàn)穩(wěn)定倍頻，存在失鎖風(fēng)險；（2）功耗極高：傳統(tǒng)push-pull或無源倍頻器，生成的諧波信號非常微弱，必須使用高增益緩沖器予以補償，其總功耗普遍高于40?mw，使得應(yīng)用范圍受限；（3）相位噪聲惡化：兩個二倍頻器級聯(lián)形成四倍頻，因為信號衰減大，緩沖器引入失真和噪聲，總體相位噪聲累計惡化往往超過12?db，影響接收機靈敏度；（4）輸出功率波動大：頻帶內(nèi)功率波動超過3?db，導(dǎo)致系統(tǒng)信噪比不穩(wěn)定，各個通道一致性差，影響雷達波束賦形性能與天線的方向性。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明提供一個超寬帶超低功耗四倍頻器。該四倍頻器由兩個二倍頻器級聯(lián)構(gòu)成，每一級二倍頻器都可以在無源push-pull結(jié)構(gòu)和有源注入鎖定倍頻器（ilfd）結(jié)構(gòu)間切換。
2、?所述超寬帶超低功耗四倍頻器可以根據(jù)輸入端的信號，自適應(yīng)切換工作狀態(tài)。當兩級二倍頻器均為有源ilfd時，四倍頻器輸出功率大到極大值，無需外接緩沖器。當兩級均為無源push-pull結(jié)構(gòu)時，四倍頻的工作帶寬達到極大值，可支持從數(shù)khz至100?ghz的工作頻率，適用于毫米波應(yīng)用。
3、所述超寬帶超低功耗四倍頻器可以靈活配置，選擇兩級二倍頻器是有源或者無源模式，以達到工作帶寬與輸出功率的平衡。
4、所述超寬帶超低功耗四倍頻器的任何一級中，ilfd也采用了push-pull交叉耦合振蕩器結(jié)構(gòu)，與無源的push-pull倍頻結(jié)構(gòu)形成互補效應(yīng)，通過諧振腔非線性耦合與注入信號諧波分量協(xié)同作用，大大提升了倍頻效率。
5、在任意一級二倍頻器中，無源push-pull模塊和有源注入鎖定內(nèi)核共享同一個lc選頻網(wǎng)絡(luò)，復(fù)用動態(tài)電流，無縫耦合兩個倍頻模塊，使其形成相互牽引的正反饋結(jié)構(gòu)，既節(jié)約了面積，又省去了隔直和偏置電路模塊。
6、對于任意一級的ilfd，可以配置其偏置點，使其不震蕩但為無源push-pull模塊提供增益，大大減小其插入損耗。
7、?通過調(diào)整選頻網(wǎng)絡(luò)諧振器的q值，并優(yōu)化兩級之間的耦合系數(shù)，所述超寬帶、超低功耗四倍頻器可在10ghz的帶寬內(nèi)穩(wěn)定輸出信號，振幅波動約為0.1?db。
8、當輸入端為壓控振蕩器時，本超寬帶超低功耗四倍頻器的諧振選頻網(wǎng)絡(luò)可以與其聯(lián)動，即，四倍頻器的自振頻率跟隨輸入信號同步變大或變小，確保四倍頻器的兩個ilfd一直處于鎖定帶寬的中心位置，其輸出信號功率最大、擺幅恒定，同時相位噪聲達到最優(yōu)。
9、所述超寬帶超低功耗四倍頻器采用自適應(yīng)偏置電路，消除溫度與電源電壓波動的影響，可以在76至81ghz的毫米波波段內(nèi)，實現(xiàn)高穩(wěn)定性的輸出。作為本振（lo）信號使用，收發(fā)機各個通道的一致性極高，保證了雷達掃頻的精確度。
10、?因為兩級ilfd的輸出噪聲是非相干的，所述四倍頻器最終的寬帶噪聲只由最后一級決定，熱噪聲不累加，故整體相位噪聲較傳統(tǒng)方案改善3至6?db。
11、?采用亞閾值偏置與動態(tài)電流復(fù)用技術(shù)，使四倍頻器整體功耗降至10?mw（僅為同類電路的25%）。集成自適應(yīng)幅度均衡網(wǎng)絡(luò)，全頻段輸出功率波動<1?db。
1.一種超寬帶超低功耗的毫米波四倍頻器，其特征在于：包括可在無源push-pull與有源注入鎖定振蕩模式間選擇的倍頻模塊（1）、聯(lián)動調(diào)諧的寬倍頻模塊（2）、自適應(yīng)偏置電路（3）、輸出幅度均衡模塊（4）；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超寬帶、超低功耗的毫米波四倍頻器，其特征在于，所述可調(diào)諧lc諧振腔的進行聯(lián)合設(shè)計，其諧振頻率通過變?nèi)荻O管與輸入壓控振蕩器（vco）聯(lián)動調(diào)諧，確保注入鎖定倍頻器在全頻段內(nèi)工作在最佳諧振點。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超寬帶、超低功耗的毫米波四倍頻器，其特征在于，所述四倍頻器由兩級可切換的二倍頻單元級聯(lián)構(gòu)成，每級二倍頻單元包括：無源push-pull倍頻結(jié)構(gòu)；有源注入鎖定振蕩器倍頻結(jié)構(gòu)；所述無源與有源結(jié)構(gòu)共享同一lc選頻網(wǎng)絡(luò)，復(fù)用動態(tài)電流，形成相互牽引的正反饋耦合。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種超寬帶、超低功耗的毫米波四倍頻器，其特征在于，每級二倍頻單元通過控制信號（en_ilfd1與en_ilfd2）獨立切換工作模式：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超寬帶、超低功耗的毫米波四倍頻器，其特征在于，所述自適應(yīng)偏置電路通過溫度補償電路動態(tài)調(diào)節(jié)尾電流，使整體功耗≤10?mw，且輸出功率在-15?dbm至0?dbm范圍內(nèi)可調(diào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種超寬帶、超低功耗的毫米波四倍頻器，其特征在于，所述有源注入鎖定倍頻結(jié)構(gòu)在偏置點關(guān)閉振蕩功能時，為無源push-pull模塊提供增益補償，降低插入損耗。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超寬帶、超低功耗的毫米波四倍頻器，其特征在于，所述輸出幅度均衡模塊級聯(lián)至少一級注入鎖定振蕩器緩沖器，各緩沖器的自振頻率均勻分布于76-81?ghz頻帶內(nèi)，通過諧振頻率差實現(xiàn)功率波動補償。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超寬帶、超低功耗的毫米波四倍頻器，其特征在于，兩級二倍頻單元間的噪聲非相干疊加，整體相位噪聲由末級決定，較傳統(tǒng)級聯(lián)結(jié)構(gòu)改善3-6?db。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超寬帶、超低功耗的毫米波四倍頻器，其特征在于，所述四倍頻器實施例為單顆cmos芯片，采用40?nm或更先進工藝制程實現(xiàn)。本發(fā)明專利具有普適性，其他任何工藝均適用，包括并不限于bjt，sige，sic，gaas，bicmos，dmos，bcd，硼烯，石墨烯等。