基于传输线频率选择器的CMOS硅基毫米波压控振荡器研究

毫米波(mm-wave)频段具有传输速率高、安全性好、抗干扰能力强等优点，是下一代无线通信研究的热点，而纳米尺度先进的CMOS工艺为实现单片集成的毫米波收发芯片提供了技术基础。压控振荡器(VCO)是收发芯片中的关键模块，极高的工作频率和器件的纳米尺度效应给压控振荡器的设计提出了新的挑战。本项目以IBM 90nm硅基CMOS工艺为基础，研究基于传输线的频率选择器和带有频率选择输出的推-推(push-push)压控振荡器，探索在工艺限制条件下如何通过新型器件与传统电路的结合来实现电路性能的突破，以期解决毫米波频段下硅基CMOS压控振荡器的输出频率和性能受工艺限制、本振信号产生电路的结构复杂和功耗过大的问题，为更高频段毫米波单片集成电路的研究和实现打下坚实基础。

毫米波(mm-wave)频段具有传输速率高、安全性好、抗干扰能力强等优点，是下一代无线通信研究的热点，而纳米尺度先进的CMOS工艺为实现单片集成的毫米波收发芯片提供了技术基础。压控振荡器(VCO)是收发芯片中的关键模块，极高的工作频率和器件的纳米尺度效应给压控振荡器的设计提出了新的挑战。本项目基于IBM 90nm CMOS工艺及TSMC 90nm CMOS工艺对硅基毫米波传输线特性和硅基毫米波压控振荡器进行了深入的研究，共完成了4个批次的设计、流片和测试。在硅基CMOS工艺上实现了低损耗、小尺寸的接地共面波导结构，完成了该结构的测试、分析和建模，为硅基毫米波集成电路的设计打下坚实基础。对硅基毫米波压控振荡器的研究从四个方面展开，分别为传统结构的毫米波压控振荡器、push-push结构的毫米波压控振荡器、毫米波无源倍频器及采用垂向螺旋电感的毫米波压控振荡器，完成了24GHz/40GHz /60GHz/75GHz/100GHz/150GHz/200GHz频点处硅基CMOS毫米波压控振荡器的设计、流片和测试，为更高频段毫米波单片集成电路的研究和实现打下坚实基础。项目执行期间，共发表学术论文6篇，其中SCI论文2篇、EI期刊论文2篇、EI会议论文1篇，ISTP会议论文1篇，申请发明专利4项，已授权两项。培养研究生4人，其中博士生1人，硕士生3人。总体来说，项目达到并超过了预期的研究目标。