[发明专利]CMOS太赫兹正交谐波振荡信号的产生方法及电路

说明书

技术领域

本发明属于太赫兹波（Terahertz-wave）通信技术领域，具体讲，涉及CMOS太赫兹正交谐波振荡信号的产生方法及电路。

背景技术

随着科技的进步，电磁频谱的各个波段都逐渐被利用了起来。近年来，太赫兹波段由于其显著的优点，成为科学研究和工业生产的热门研究对象。太赫兹波的频率范围为300GHz-3THz，波长为0.1mm-1mm。太赫兹波介于微波毫米波和红外之间，处于宏观理论向微观量子理论的过渡区，电子学和光子学的交叉区域，特殊的位置决定了其具有同其他波段不同的特殊性质。太赫兹波的频带宽度是微波的1000倍，是很好的宽带信息载体，特别适合宽带无线移动通信，太赫兹波在星际空间，由于频带宽，方向性好，散射小，高频数据流可以提供10GB/s的无线传输速率，可以提高星间信息交换速度。太赫兹具有可用频谱范围较宽、通信容量大、安全保密好、传输质量高和全天候通信等优点，因此，人们对太赫兹领域进行不断的探索，希望将其应用到医疗、远程探测、航空航天、军事防御等各个领域。

由于技术问题，太赫兹频段相较于其他频段，被人们探索研究的比较少。传统的CMOS器件受截止频率的限制，太赫兹器件大多是采用非硅材料来制作，但是采用非硅材料制作的太赫兹波器件存在显著的缺点，比如都是分立元件；集成度低；造价与硅材料相比较高；体积庞大。这些缺点都限制了太赫兹元件的广泛应用。

CMOS工艺的不断进步，尺寸不断缩小，大大提高了有源器件的截止频率，这使得高集成度、低成本的太赫兹波集成电路成为可能。用CMOS工艺实现太赫兹电路依然会面临很多的挑战:首先是器件频率的限制。工艺线宽所限制的截止频率是阻碍电路频率提高的很大因素。所以只能寻求新的电路结构来提高频率。

CMOS器件受截止频率的限制其工作频率达不到太赫兹频段，目前，用CMOS产生太赫兹振荡信号的方法都是使用谐波技术,用谐波技术产生2次谐波4次谐波和6次谐波的频率源已有研究[1,2]，但是还没有用CMOS电路产生正交的谐波振荡信号的报道。正交振荡信号是正交频分技术复用的基础信号，正交频分技术的优点是使用一种带宽的信道可以传输自身带宽两倍的信号，可以增大信道容量，是一种非常有用的通信技术，广泛应用于通信领域，如移动通信，卫星通信和光纤通信中。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足，实现正交的谐波振荡信号输出，有效的提高输出信号的频率和功率，为此，本发明采取的技术方案是，CMOS太赫兹正交谐波振荡信号的产生电路，由一词相连的多项振荡器，整流器，叠加器和滤波器组成，多项振荡器用于产生特定的间隔相同相位的振荡信号；整流器，用于将振荡器所产生的等相位间隔振荡信号滤去下半波，只留下上半波；叠加电路用于将通过整流之后相位差为180°的两路振荡信号叠加在一起；滤波器，用于滤除其他谐波成分。

多项振荡器为八相位振荡器，是由四个完全相同的负阻振荡单元交叉耦合而成，每个负阻振荡单元由7个MOSFET构成，本电路中所有PMOS的衬底接电源，所有NMOS的衬底接地。第1个PMOS的源极接电源，第1个PMOS的栅极接偏置电压，第1个PMOS的漏极接第2个、第3个PMOS的源极；第2个PMOS的栅极接第3个PMOS的漏极，第3个PMOS的栅极接第2个PMOS的漏极，第2个和第3个PMOS的漏极之间设置一个电感；第4个NMOS的漏极接第2个PMOS的漏极，第5个NMOS的漏极接第3个PMOS的漏极，第4个NMOS的栅极接第5个NMOS的源极，第5个NMOS的栅极接第4个NMOS的源极；第4个NMOS的源极接第6个NMOS的漏极，第5个NMOS的源极接第7个NMOS的漏极，第6个、第7个NMOS的源极共同接地。

CMOS太赫兹正交谐波振荡信号的产生方法，包括下列步骤：

采用多相振荡器产生八个相位彼此相差π/4,即：

a＝sinωt b＝sin(ωt+π/4) c＝sin(ωt+π/2) d＝sin(ωt+3π/4)

e＝sin(ωt+π) f＝sin(ωt+5π/4) g＝sin(ωt+3π/2) h＝sin(ωt+7π/4)

整流叠加之后，A＝a+e,B＝b+f,C＝c+g,D＝d+h；