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高功率太赫兹基波压控振荡器设计
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Design of Terahertz Fundamental Wave Voltage-controlled Oscillator with High Output Power
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    摘要:

    基于55 nm CMOS工艺提出了一款具有高输出功率的太赫兹基波压控振荡器(Voltage-Controlled Oscillator,VCO). 设计采用堆叠结构来克服单个晶体管供电电压受限导致输出摆幅较低的问题来有效提高了输出功率. 依据单边化技术在核心晶体管的栅漏之间嵌入自馈线来调整栅漏之间的相移和增益以最大化晶体管在期望频率下的可用增益,从而提高晶体管的功率输出潜力. 提取版图寄生后的仿真结果表明:在2.4 V供电电压下,VCO的输出频率范围为200.5 GHz~204.4 GHz,电路峰值输出功率为3.25 dBm,在1 MHz的频偏处最优相位噪声为-98.7 dBc/Hz,最大效率为8.1%. 包括焊盘在内的版图面积仅为0.18 mm2. 此次工作实现了高输出功率并具有紧凑的面积,为高功率太赫兹频率基波VCO设计提供了一种设计思路.

    Abstract:

    A terahertz fundamental Voltage-Controlled Oscillator(VCO) with high output power in 55 nm CMOS process is proposed in this paper. The stacked structure is adopted to solve the problem of low output swing caused by the limited supply voltage of a single transistor,thereby effectively increasing the output power. Based on the unilateralization technique,a self-feeding line is embedded between the gate and drain of the core transistor to adjust the phase shift and gain in order to maximize the available gain of the transistor at the desired frequency,thereby increasing the power output potential of the transistor. The simulation results after extracting the parasitic parameters of the layout show that,under a supply voltage of 2.4 V,the output frequency of this VCO ranges from 200.5 GHz to 204.4 GHz,the peak output power of the circuit is 3.25 dBm,the minimum phase noise is -98.7 dBc/Hz at the frequency deviation of 1 MHz,and the maximum efficiency of the circuit is 8.1%. The layout area including the pad is only 0.18 mm2. This work achieves high output power with a compact area and provides a design mentality for the realization of high-power terahertz fundamental VCOs.

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傅海鹏?覮,孙辉.高功率太赫兹基波压控振荡器设计[J].湖南大学学报:自然科学版,2021,48(10):145~151

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  • 在线发布日期: 2021-11-11
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