基于180nm cmos工艺毫米波线性叠加振荡器设计

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1、基于180nmCMOS工艺的毫米波线性叠加振荡器设计Designofmm-waveLinearSuperpositionOscillatorBasedon180nmCMOSProcess学科专业：微电子学与固体电子学研究生：闫冬指导教师：毛陆虹教授天津大学电子信息工程学院二零一三年十一月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表

2、示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要近年来，毫米波频段的通信系统已成为研究的热点，毫米波通信技术广泛的应用于生活的各个方面，但是该项技术还有很大的研究空间，目前尚有很多的问题亟需解决。主流的毫米波信号产生机制有两种

3、：一种是采用光学降频技术达到毫米波波段；二是采用电学方法。而采用电学方法产生毫米波也有两个设计方向：一种是基于化合物半导体工艺；二是基于硅基标准CMOS工艺。相较于光学降频方法和化合物半导体工艺方法，本论文中的标准CMOS工艺实现方法，有着集成度高，工艺要求低，成本低，可以实现片上系统和突破工艺最大振荡频率的限制等显著优点。本论文将主要阐述一种基于CMOS工艺的毫米波振荡器电路。本文中的毫米波线性叠加振荡器采用UMC0.18μm标准CMOS工艺，实现了输出频率为36.56GHz的振荡信号输出。基波振荡单元使用交叉耦合振荡电路实现，两个基波振荡单元之间通过交叉互连实现相位钳位，得到

4、四路振幅相等相位差为90°的正交振荡信号，四路正交信号通过线性叠加结构实现对基波信号的四倍频。突破了工艺最大振荡频率的限制，显著的提高了振荡频率。基于上述的原理，本文的三、四章详细的阐述了电路仿真、版图绘制、芯片测试和测试数据分析的细节。芯片测试结果表明：工作电压1.8V时，消耗的电流为40mA，基波信号频率为9.14GHz，校正后输出功率为-10.85dBm，在1MHz频偏处的相位噪声为-112.54dBc/Hz；四倍频信号频率为36.56GHz，校正后输出功率为-37.17dBm。测试结果达到预期目标。关键词：毫米波线性叠加振荡器标准CMOS工艺ABSTRACTInrecen

5、tyears,thedesignofmillimeter-wavecommunicationsystemhasbecomeahottopic,atthesametime,millimeter-wavetechnologyisusedwidelyinoureverydaylife.However,thistechnologystillhasalotofquestionsneedtobesolved.Nowadays,therearemainlytwowaystoproducemm-wavesignal:first,thetechnologybasedonoptics;second,

6、thetechnologybasedonelectronic.What’smore,theelectricalmethodstillhastwodirections:first,themethoddependsoncompoundsemiconductors;second,themethoddependsonstandardsiliconsubstrateCMOSprocess.Comparedwithtraditionalopticsmm-wavetechnology,themethodmentionedinthispaperhasmanyadvantages,suchashi

7、ghintegrationlevel,lessrequiretowardstheprocess,lowcost,thepossibilityofon-chipsystem,andbreakthroughthelimitofmaximumoscillationfrequency.Thispaperpresentsamillimeterwaveoscillatorthatgeneratessignalat36.56GHz.Themm-waveoscillatorisrealizedi