邢子哲

(天津大学 天津市成像与感知微电子技术重点实验室，天津 300072)

分频器是毫米波锁相环电路中的核心模块之一，常用于压控振荡器输出信号的分频，可与参考信号比较完成锁相，最终使锁相环电路产生稳定的本振信号[1]。相较于电流模逻辑静态分频器与密勒分频器，注入锁定分频器具有工作频率高、功耗低的优势，更适于作为锁相环系统中的第一级分频器[2]。为了避免工艺偏差造成的影响，并满足毫米波通信系统对宽带或多带工作的需求，注入锁定分频器应在保证功耗较低、面积较小的同时，达到更宽的锁定范围[3]。目前，已有多种扩展锁定范围的技巧被应用于注入锁定分频器的设计中。文献[4]采用峰化电感(Inductive-peaking)与变压器反馈(Transformer feedback)的技巧设计了一个基于0.13 um CMOS工艺的注入锁定分频器，峰化电感能够与寄生电容谐振从而增大注入管源漏极的电压摆幅，导致注入效率降低，锁定范围无法大幅扩展。文献[5]利用可变电容管设计了一个基于65 nm CMOS工艺的分频器，通过改变自谐振频率来增大锁定范围，但在锁相环系统中需要加入控制电路来同时对压控振荡器与分频器进行调节，这会增大锁相环系统的功耗与复杂度。文献[6]提出一个基于65 nm CMOS的频率跟踪(Frequency-tracking)分频器，但是引入的无源器件会令芯片面积变大。

在对传统注入锁定分频器电路结构与性能指标的分析基础上，提出一种基于55 nm CMOS工艺的宽锁定范围注入锁定分频器。采用变压器作为高阶LC谐振腔，并利用分布式差分直接注入，有效地扩大锁定范围，达到了较好的整体性能。……