一种基于双向推挽的注入锁定四倍频器及其芯片的制作方法

本发明实施方式涉及倍频器领域，特别是涉及一种基于双向推挽的注入锁定四倍频器及其芯片。

背景技术：

1、毫米波射频技术在5g通信、卫星通信以及雷达探测领域具有丰富而潜力的应用场景。对于毫米波频率源电路而言，基于基频频综级联一级或多级倍频器的本振产生方式已成为业界主流方案。该方案更好地权衡了相位噪声性能和链路功耗，并且更利于多收发结构中本振电路的版图布局。注入锁定机制可应用于多种应用，例如分频、倍频、精确的正交信号产生或多相位产生电路，以及相控阵中的相位同步、基于pll的频率综合电路和功率放大器。由于其具有相位同步(信号跟踪)、谐波功率放大、带外谐波抑制等特性，注入锁定倍频器比其他倍频技术更具优势。

2、传统的四倍频器通常有两种实现方式：1.采用两级push-push结构的二倍频器级联。例如，77ghz本振信号是由一级38.5ghz二倍频器驱动一级77ghz二倍频器产生。这种方式的明显缺点在于，两级二倍频电路具有两级变压器匹配网络，无源电路版图占据较大的芯片面积，增加了流片成本。此外，二级核心放大器有源电路意味着功耗增加。2.基于相位控制的push-push结构级联谐波放大器电路。相位控制的push-push结构在合理的晶体管偏置条件下，共模点输出电流中能产生较高的四次谐波成分，经过巴伦形式的匹配网络转化成谐波电压，然后经过一级高输出功率的谐波放大电路来实现四倍频功能。这种结构虽然仅利用了一级有源电路就能产生四次目标谐波，但微弱的四次谐波需要功耗较高的谐波放大电路来实现滤波与功率放大。此外，该倍频器电路主体存在两个无源匹配网络，芯片面积较大。

技术实现思路

1、本发明实施方式主要解决的技术问题是提供一种基于双向推挽的注入锁定四倍频器及其芯片，能够解决现有技术中倍频器采用多级电路级联导致的无源电路版图面积较大的问题，以及现有技术中采用谐波放大所带来的功耗较大以及效率较低的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明实施方式采用的一个技术方案是：提供一种基于双向推挽的注入锁定四倍频器，包括：被配置为响应于单端基频射频信号，输出差分电压信号的巴伦转换模块；被配置为响应于所述差分电压信号，输出四阶谐波电流信号的双向推挽模块；被配置为响应于所述四阶谐波电流信号，输出四倍频射频信号的注入锁定振荡模块；所述注入锁定振荡模块包括负阻单元和巴伦形式的谐振腔，通过注入锁定以放大四阶谐波信号。

3、在一些实施例中，所述注入锁定四倍频器还包括：用于调节所述四倍频射频信号，使其满足接收机混频电路和发射机功放电路的输入幅度指标的缓冲模块。

4、在一些实施例中，所述巴伦转换模块包括第一巴伦变压器，所述第一巴伦变压器的初级绕组的第一端用于接收所述单端基频射频信号，所述第一巴伦变压器的初级绕组的第二端接地；所述第一巴伦变压器的次级绕组的第一端连接至所述双向推挽模块的第一输入端和第四输入端，所述第一巴伦变压器的次级绕组的第二端连接至所述双向推挽模块的第二输入端和第三输入端。

5、在一些实施例中，所述双向推挽模块包括第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管和第四晶体管，其中，所述第一电容的第一端和所述第四电容的第一端连接至所述巴伦转换模块的第一输出端，所述第二电容的第一端和所述第三电容的第一端连接至所述巴伦转换模块的第二输出端；所述第一电容的第二端连接至所述第一电阻的第一端和所述第一晶体管的栅极，所述第三电容的第二端连接至所述第三电阻的第一端和所述第三晶体管的栅极，所述第二电容的第二端连接至所述第二电阻的第一端和所述第二晶体管的栅极，所述第四电容的第二端连接至所述第四电阻的第一端和所述第四晶体管的栅极；所述第一晶体管的漏极和所述第二晶体管的漏极连接至所述注入锁定振荡模块的输入端，所述第三晶体管的源极和所述第四晶体管的源极接地，所述第一晶体管的源极连接所述第三晶体管的漏极，所述第二晶体管的源极连接所述第四晶体管的漏极；所述第一电阻的第二端和所述第二电阻的第二端连接至第一偏置电路的输出端，所述第三电阻的第二端和所述第四电阻的第二端连接至第二偏置电路的输出端。

6、在一些实施例中，所述第二偏置电路输出的第二偏置电压大于所述第一偏置电路输出的第一偏置电压。

7、在一些实施例中，所述谐振腔包括第二巴伦变压器，所述第二巴伦变压器的初级绕组的第一端连接至所述双向推挽模块的输出端，所述第二巴伦变压器的初级绕组的第二端连接至模拟正电源；所述第二巴伦变压器的次级绕组的第一端连接至所述负阻单元的第一输入端，所述第二巴伦变压器的次级绕组的中心抽头连接至所述模拟正电源，所述第二巴伦变压器的次级绕组的第二端连接至所述负阻单元的第二输入端。

8、在一些实施例中，所述负阻单元包括第五晶体管和第六晶体管，其中，所述第五晶体管的漏极连接至所述谐振腔的第一输出端、所述第六晶体管的栅极和缓冲模块的第一输入端，所述第六晶体管的漏极连接至所述谐振腔的第二输出端、所述第五晶体管的栅极和所述缓冲模块的第二输入端，所述第五晶体管的源极连接至所述第六晶体管的源极。

9、在一些实施例中，所述负阻单元还包括电流源，所述电流源的正极连接至所述第五晶体管的源极和所述第六晶体管的源极，所述电流源的负极接地。

10、在一些实施例中，所述缓冲模块包括第七晶体管、第八晶体管、第五电容、第六电容、第九晶体管、第十晶体管、第三巴伦变压器、第七电容和第五电阻，其中，所述第七晶体管的栅极连接至所述负阻单元的第一输出端和第六电容的第一端，所述第七晶体管的漏极连接至所述第五电容的第二端和第九晶体管的源极，所述第七晶体管的源极接地；所述第八晶体管的栅极连接至所述负阻单元的第二输出端和第五电容的第一端，所述第八晶体管的漏极连接至所述第六电容的第二端和第十晶体管的源极，所述第八晶体管的源极接地；所述第九晶体管的漏极连接至所述第三巴伦变压器的初级绕组的第一端，所述第十晶体管的漏极连接至所述第三巴伦变压器的初级绕组的第二端，所述第三巴伦变压器的初级绕组的中心抽头连接至模拟正电源；所述第三巴伦变压器的次级绕组的第一端连接至所述第七电容的第一端和所述第五电阻的第一端，所述第三巴伦变压器的次级绕组的第二端连接至所述第七电容的第二端和所述第五电阻的第二端，所述第三巴伦变压器的次级绕组的中心抽头连接至第三偏置电路的输出端。

11、在一些实施例中，所述缓冲模块还包括数字信号源，所述数字信号源的输出端连接至所述第九晶体管的栅极和所述第十晶体管的栅极。

12、为解决上述技术问题，本发明实施方式采用的另一个技术方案是：提供一种芯片，包括：如上所述的基于双向推挽的注入锁定四倍频器。

13、本发明实施方式的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明实施方式通过利用基于相位控制的双向推挽模块提取四阶谐波，并通过注入锁定振荡技术实现四阶谐波的同步和放大，能够降低四阶谐波放大所需的功耗，实现了高效率的四倍频技术，同时还能极大地降低其相应集成芯片的面积。