王琳 吴伟斌

摘 要： 基于TSMC 0.13 μm CMOS工艺，提出并设计了一款新颖的注入锁定四分频器。传统的谐波混频注入锁定四分频器限制了锁定范围，新方法采用线性混频技术、基于交叉耦合振荡器结构设计了一款宽带锁定范围的注入锁定四分频器。仿真结果表明，在1 V的电压偏置下，分频器取得了8.2～13 GHz的工作频率，锁定范围为4.8 GHz （45.3%），消耗的功耗为5.2 mW，相位噪声取得了-135.7 dBc/Hz@1 MHz的良好性能，版图大小为0.93 mm×0.62 mm。

关键词： 四分频; 注入锁定分频器; LC谐振器; 线性混频; 锁定范围

中图分类号： TN432

文献标志码： A

文章编号：1007-757X（2019）06-0011-03

Abstract： A novel injection-locked 4-frequency divider （IL4FD） was proposed and implemented in the TSMC 0.13 μm CMOS process. The conventional harmonic mixer IL4FD has limited locking range， but the new one shows a wide locking range IL4FD by using linear mixer technique and cross-coupled voltage-controlled oscillator structure. The post-layout simulation results show that， at the voltage bias of 1 V， the locking range is 4.8 GHz （45.3%） from 8.2 to 13 GHz with the power consumption of 5.2 mW. The phase noise of the circuit achieves a good result of -135.7 dBc/Hz@1 MHz， and the size of layout is 0.93 mm×0.62 mm.

Key words： Divided by 4-frequency; Injection-locked frequency divider; LC resonator; Linear mixer; Locking range

0 引言

LC諧振注入锁定频率分频器（LC ILFD）在超高速锁相环电路以及其他的频率信号处理电路中应用广泛，虽然LC ILFD相比较于基于环形振荡器结构的ILFD而言，锁定范围有限，但是功耗较低。LC ILFD通常作为锁相环分频器模块的第一级，以在较高工作频率下取得更低的功耗，注入锁定四分频器（IL4FD）属于ILFD的更高次分频模块，由于其在电路物理上与注入锁定二分频器（IL2FD）不同，而得到了更多的关注，单级IL4FD可以取代两级IL2FD，从而降低频率对不准的概率，改善信号的性能。传统的IL4FD直接采用交叉耦合振荡器结构[1-3]，锁定范围不够大，例如图1所示即展示了一款传统的IL4FD电路，在混频单元M3处存在着输入输出的频率关系，即：ωRF-3ωo=ωo，ωo为输出信号频率，ωRF为注入的射频信号频率，3ωo则为由M3的非线性引起的输出频率的3次谐波分量，该结构可以通过提高电压的方式提高三次谐波分量的幅值，进而增加锁定范围，但是这是以功耗的增加为代价的。……