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1、基于標(biāo)準(zhǔn)BiCMOS工藝的太赫茲壓控振蕩器設(shè)計(jì)DesignofTHZVCOBasedonordinaryBiCMOSprocess專業(yè)：微電子學(xué)與固體電子學(xué)作者姓名：賀鵬鵬指導(dǎo)教師：毛陸虹教授天津大學(xué)電子信息工程學(xué)院二零一五年十二月摘要太赫茲波在電磁波譜上指的是頻率位于紅外線和微波之間的頻段，它是目前為止電磁波譜中最后一個(gè)沒(méi)有被全面開(kāi)發(fā)利用的波段。太赫茲波所獨(dú)有的穿透性、安全性、寬帶性等特點(diǎn)，使其在疾病診斷、軍事安全以及無(wú)線通信系統(tǒng)等方面展現(xiàn)出巨大魅力，其中太赫茲頻段的通信技術(shù)也越來(lái)越受到各國(guó)研究
2、機(jī)構(gòu)的重視，太赫茲波的產(chǎn)生也自然成為研究的熱點(diǎn)。本文根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，重點(diǎn)介紹了太赫茲振蕩器的理論基礎(chǔ)及參數(shù)指標(biāo)，并基于標(biāo)準(zhǔn)BiCMOS工藝，設(shè)計(jì)了太赫茲振蕩器電路模塊。本文基于IBMSiGe0.13μmBiCMOS工藝設(shè)計(jì)了太赫茲振蕩器電路模塊。目前國(guó)內(nèi)外實(shí)現(xiàn)太赫茲振蕩器的結(jié)構(gòu)有多種，主要結(jié)構(gòu)包括colpitts、交叉耦合、環(huán)形振蕩、push-push結(jié)構(gòu)、triplepush、線性疊加等，可以實(shí)現(xiàn)從基頻振蕩到提取二、三、四次諧波的要求。本次電路實(shí)現(xiàn)的是基頻振蕩，由于三極管較MOS管具有
3、更高的特征頻率，故本次設(shè)計(jì)采用三極管作為有源器件；考慮到BJTcolpitts結(jié)構(gòu)具有更好的相位噪聲性能，而且差分結(jié)構(gòu)對(duì)于環(huán)境噪聲和電源噪聲具有更強(qiáng)的抗干擾能力，故而電路整體采用了差分形式的colpitts振蕩結(jié)構(gòu)。同時(shí)，由于在太赫茲頻段下電路的寄生變得十分關(guān)鍵，而且電感的Q值也直接影響電路的相位噪聲性能，所以在電路設(shè)計(jì)過(guò)程中，為了保證太赫茲頻段下電路的性能和仿真精度，電路仿真使用的無(wú)源器件如片上電感、電容以及關(guān)鍵信號(hào)線均通過(guò)HFSS進(jìn)行電磁場(chǎng)仿真，最終以多端口S參數(shù)的形式導(dǎo)入cadence中進(jìn)行
4、混合仿真，通過(guò)這種方法得到的仿真結(jié)果比傳統(tǒng)電路后仿真的結(jié)果更加精確。通過(guò)Cadence對(duì)整體電路進(jìn)行仿真，后仿真結(jié)果顯示太赫茲振蕩器的中心頻率為114.5G、可調(diào)頻率為2G、相位噪聲為-76dBc/Hz@1MHz、輸出功率為5.4dBm~8dBm、起振時(shí)間為4ns~6.5ns、功耗為2.5V*22.8mA。本文最后針對(duì)仿真的結(jié)果提出了進(jìn)一步的優(yōu)化方案。關(guān)鍵詞：太赫茲壓控振蕩器colpitts電路相位噪聲多端口S參數(shù)ABSTRACTTHzlocatesbetweenmicrowaveandinfra
5、redray,anditistheonlySpectralrangewhichhasnotbeentotallyresearchedandused.THzwavehasthecharacteristicsofpenetrability,security,broadband,etc.Soithasgreatcharminthediagnosisofdiseases,militarysecurityandwirelesscommunicationsystems.Manyresearchinstitut
6、esoftheworldpaymoreattentiontoTHzcommunicationtechnologysothatthegenerationofterahertzwavebecomesahottopic.Accordingtothepresentresearchsituation,thispapermainlyintroducesthetheoreticalbasisandparametersoftheterahertzoscillator,andthedesignoftheterahe
7、rtzoscillatorcircuitmodulebasedonthestandardBiCMOStechnology.TheterahertzoscillatorcircuitmoduleisdesignedbasedonIBMSiGe0.13μmBiCMOSprocess.Atpresent,therearemanykindsofstructureofterahertzoscillator,includingColpitts,crosscoupling,ringoscillation,pus
8、h-pushstructure,triplepush,linearsuperpositionandsoon.Andthesestructurescanextractwavefromthefundamentalfrequencytotwoorthree,fourtimesofharmonic.Thiscircuitrealizesthefundamentalfrequencyoscillation.Thetransistorhasahighercharacteristicfreque
