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一款65纳米CMOS工艺的230GHz高功率宽带耦合驻波压控振荡器

DOI：10.1109/JSSC.2019.2949260 期刊：IEEE Journal of Solid-State Circuits 出版年份：2019 更新时间：2025-09-12 10:27:22
摘要： 本文提出了一种基于紧凑低损耗耦合驻波振荡器结构的230GHz宽带高输出功率谐波压控振荡器(VCO)。为提升输出功率，振荡器相互耦合时未给电路增加额外无源损耗。具有感性漏极阻抗的晶体管既为振荡器提供所需负阻，又作为频率调谐的有源可变电容，同时通过非线性特性产生所需的二次谐波功率。漏极传输线负责构建感性阻抗、耦合相邻振荡器并实现输出功率的路由与合成，从而使电路结构紧凑且无源损耗最小化。该设计采用无变容管频率调谐方案，在保证输出功率的同时实现宽带工作。除振荡器耦合与损耗最小化外，还通过优化晶体管所见的谐波阻抗来提升输出功率。原型芯片采用65nm CMOS工艺实现，VCO输出功率覆盖219-238GHz频段(8.35%调谐范围)，最大输出功率达3.4dBm。在1.5V电源供电下消耗195mW功耗时，测得最低相位噪声为-105.8dBc/Hz(偏移10MHz处)。
作者： Hossein Jalili，Omeed Momeni
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究基于紧凑低损耗耦合驻波振荡器结构、具有大输出功率的230GHz宽带谐波压控振荡器（VCO）的设计与性能。

研究成果

该文章介绍了一种基于紧凑型低损耗SWO拓扑结构的宽带高功率230GHz压控振荡器。通过耦合四个振荡器（无需耦合网络引入额外损耗）来提升输出功率。采用无变容管频率调谐方法，在不牺牲电路输出功率的前提下扩展了压控振荡器的带宽。通过优化晶体管的基波与二次谐波漏极阻抗，实现了谐波功率的最大化。运用这些技术，作者成功实现了大输出功率与宽带工作的兼顾。

研究不足

该研究仅限于65纳米CMOS工艺中230 GHz压控振荡器的设计与性能评估。挑战包括太赫兹频段电路中无源元件损耗的增加，以及频率调谐范围与输出功率之间的权衡。

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