智能感知毫米波雷达系统在未来生活中有着广泛应用前景，成为当前研究热点。毫米波雷达具有探测距离远、不易受环境影响、抗干扰能力强等特性，满足智能家庭、自动驾驶等需求从而备受关注。毫米波雷达系统需要具有良好相位噪声性能、频谱纯净度高，功耗较低同时满足设计要求摆幅的宽带频率源；直接通过压控振荡器获得高频毫米波频段信号受到电感、可变电容等器件品质因数的限制，其性能难以达到系统要求。由文献比较发现，80 GHz与20 GHz压控振荡器相位噪声性能恶化近24 dB，与理论值相差12 dB。为突破这一限制，可采用相对低频率的压控振荡器级联四倍频器，实现宽带、高谐波抑制、低相位噪声的毫米波频率综合器

近日，东南大学赵涤燹教授课题组采用级联双推式倍频器和基于变压器的滤波器设计实现了高输出功率及高谐波抑制的E波段四倍频器。他们在该工作中分析了双推式及Cascode-双推式倍频器中晶体管漏极电流的谐波分量，通过调节晶体管尺寸及工作状态获得高转换增益且低功耗的四倍频器。同时，使用低耦合系数变压器进行级间匹配保证四倍频器工作带宽，实现四次谐波1.5 dB带宽大于6 GHz。此外，在输出级用变压器构造二极点/一零点的三阶带通滤波器，使得二次谐波抑制比提高7 dB。测试结果显示：该四倍频器最大输出功率为1.7 dBm，最大转换增益3.4 dB，基波抑制比大于45 dB。

该四倍频器的相位噪声影响可忽略，获得的77 GHz信号源相位噪声性能接近理论值，实现了低功耗、大宽带、高纯净度等指标要求，为智能感知毫米波雷达系统前端芯片设计提供了便利。

该文章以题为“An E-band CMOS frequency quadrupler with 1.7-dBm output power and 45-dB fundamental suppression”发表在Journal of Semiconductors上。

图1. E波段四倍频器。(a) 电路框图；(b) Cascode-双推式倍频器模块电路原理图；(c) 芯片照片。

图2. 四倍频器输出端添加带通滤波器后性能比较：(a) S21；(b) 谐波功率仿真结果。E波段四倍频器测试结果显示：(c) 最大输出功率1.7 dBm；(d) 基波抑制比大于45 dB。

文章信息：

An E-band CMOS frequency quadrupler with 1.7-dBm output power and 45-dB fundamental suppression

Xiaofei Liao, Dixian Zhao, Xiaohu You

J. Semicond. 2022, 43(9): 092401

doi: 10.1088/1674-4926/43/9/092401

Full Text: http://www.jos.ac.cn/en/article/doi/10.1088/1674-4926/43/9/092401