[发明专利]一种毫米波锁相环

说明书

技术领域

本发明涉及60GHz毫米波短距离无线通信领域，尤其涉及一种毫米波锁相环。

背景技术

在通信系统中，通信带宽是一个很重要的指标，其基本决定了通信系统的数据率。当前大多数传统应用的带宽仅为几MHz到几百MHz，这与中心频率不高有关，比如第三代移动通信（上行1.9GHz，下行2.1GHZ）。而毫米波所处于的频段为30GHz～300GHz，其波长在1mm～10mm的范围内。由于其中心频率很高，远高于当前大多数传统应用的频率，所以其能达到的带宽也很宽，能超过5GHz，这为高速数据通信创造了良好的条件。由于60GHz波段的信号在氧气中的衰减很大，所以60GHz的毫米波通信系统主要是为短距离通信开发的。另外，由于60GHz的信号衰减快，也避免了相近频率之间的信号串扰，这样，在同一个地方就能允许多个信道的存在。

60GHz短距离毫米波通信的一个典型应用就是高清晰度多媒体接口(HDMI)，可以将DVD播放器，个人电脑和高清电视连接到一起。这些设备的距离都在5到10米之内，能应用点对点或者点对多点的通信方式。由于这些高清多媒体之间的数据率很高，通常在5Gbps以上，因此，对于这样的高速接口采用60GHz的毫米波通信系统是一种很好的方式。

在室内环境，60GHz毫米波通信能够替代当前的通信协议，比如USB，IEEE1394，吉比特网等。以个人电脑为中心，可以通信其它所有的多媒体设备，比如DVD、数码相机、打印机等。用60GHz毫米波通信构建的无线网络也可用于视频会议，为大型的异地商务会议中的高清视频传输提供了有利的条件。

2005年，毫米波通信IEEE802.15.3正式发布，为毫米波通信奠定了基础。在这项协议中，对60GHz通信的中心频率和带宽等指标都做出了一定的规定。由于中心频率在60GHz，因此相应的各种变频方式也都被讨论。比如，可以由60GHz的本振信号直接变频，也可以由20GHz的信号3倍频后再变频。考虑到高频锁相环的设计难度，所以很多方法采用了2次变频，即先变频到20GHz，再与40GHz信号混频到60GHz，其中，20GHz的信号就是用40GHz的信号直接2分频得来的。这种方法也是一种对实现难度和系统复杂度折中的办法。

因此，毫米波锁相环设计是60GHz毫米波通信系统中的一个相当关键的电路部分，然而，在现有技术中，未有一种噪声性能较优的40GHz毫米波锁相环电路，因此，亟需设计一种具有良好噪声性能的40GHz毫米波锁相环。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何实现一种毫米波锁相环，该锁相环应用60GHz毫米波通信系统中，在产生设定频率的振荡信号的同时应具有良好噪声性能。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种毫米波锁相环，包括：压控振荡器，其采用差分输入的调谐方式来产生设定频率的振荡信号；第一缓冲器，其与所述压控振荡器连接，用于使所述压控振荡器输出的振荡信号维持一定的信号幅度并隔离后级模块对所述压控振荡器的影响；正交输出注入锁定分频器，其与所述第一缓冲器连接，用于对所述振荡信号进行分频处理以输出多路的正交分频信号；第二缓冲器，其与所述正交输出注入锁定分频器连接，用于使所述正交分频信号维持一定的信号幅度并隔离后级模块对所述正交输出注入锁定分频器的影响；第一分频器，其与所述第二缓冲器连接，用于对所述正交分频信号进行分频得到第一分频信号；第二分频器，其与所述第一分频器连接，用于对所述第一分频信号进行分频得到第二分频信号；鉴频鉴相器，其与所述第二分频器连接，用于将第二分频信号与设定的参考信号进行比较，产生与这两个信号的相位差成比例的脉冲信号；电荷泵，其与所述鉴频鉴相器连接，用于将所述脉冲信号转化为模拟电压信号差分输出；环路滤波器，其连接至所述电荷泵和所述压控振荡器之间，用于对所述电荷泵输出的模拟电压信号进行滤波以输入到所述压控振荡器中。

在一个实施例中，所述压控振荡器包括：电感电容调谐单元，其对输入的信号进行差分调谐，所述电感电容调谐单元由一中心抽头的电感以及与该电感并联的两路相反接法的四个可变电容组成；负阻单元，其与所述电感电容调谐单元并联，用于给所述电感电容调谐单元提供负阻能量，所述负阻单元是由第一晶体管和第二晶体管交叉耦合形成的负阻对；直流偏置电路，其从所述第一晶体管和第二晶体管的共源连接点注入偏置电流，所述直流偏置电路包括由第三晶体管和第四晶体管构成的电流镜偏置以及由一电阻和一电容构成的低通滤波器，所述低通滤波器耦接于所述第三晶体管和第四晶体管之间。