1、毫米波技術的國內外發展現狀與趨勢chenpufeng【主要整理與翻譯自“mm-Wave Silicon Technology, 60GHz and Beyond, Ali M. Niknejad, Hossein Hashemi, Springer 2008”，以及部分網絡資料，如有侵權請勿怪！】隨著千兆比特流（Gb/s）點對點鏈接通信、大容量的無線局域網（WLAN）、短距離高速無線個人局域網（WPAN）和車載雷達等高速率寬頻帶通信應用的市場需求不斷擴大，設計實現具有高集成度、高性能、低功耗和低成本的毫米波單片集成電路（MMIC）迫在眉睫。毫米波可以廣泛應用于軍事雷達系統、射電天文學和太空以及

2、短距離無線高速傳輸等領域。采用GaAs或InP基的毫米波頻段的MMIC已經應用于軍事上的雷達和衛星通信中。由于GaAs和InP材料具有較高的電子遷移率和電阻率，因此電路可以獲得較好的RF性能，但成本較高。由于受到成本和產量的限制，毫米波產品還沒有真正實現商業化。作為成熟的工藝，Si基CMOS具有低成本、低功耗以及能與基帶IC模塊的工藝相兼容等優點，但是與GaAs相比，其在高頻性能和噪聲性能方面并不具備優勢。然而，隨著深亞微米和納米工藝的日趨成熟，設計實現毫米波CMOS集成電路已經成為可能。近年來，美、日、韓等國相繼開放了無需授權使用的毫米波頻段（北美和韓國57-64GHz，歐洲和日本59-66

3、GHz），從而進一步刺激了對毫米波CMOS技術的研究。可以預期，在今后幾年里，毫米波CMOS技術將會突飛猛進，成為設計毫米波MMIC的另一種有效的選擇。硅基毫米波的研究起始于2000年左右，同年Berkeley的無線研究中心專門設立了60GHz項目，但是當時很少有人認為硅技術能夠應用于60GHz頻段。而時至今日，毫米波的研究已經從一項模糊的課題演變至今日的研究熱點，引起了工業界與風險投資商的濃厚興趣。目前，該項研究已經拓展到了商業領域，NEC、三星、松下和LG等消費類電子廠商共同成立了WirelessHD聯盟來推動60GHz技術在無壓縮高清視頻傳輸中的應用，并于2007年制定了相關協議白皮書。

4、為何是毫米波？基于香農定理，我們知道通信信道的最大數據速率，即信道容量C，與信道的帶寬BW和信噪比SNR具有如下關系C=BW?log2(1+SNR)。上式表明增加通信數據速率的一個方法就是使用更寬的帶寬。信號的關聯信息通常被調制在一個載波頻率附近，因此，在更高的載波頻率處可以獲得更寬的帶寬。美國的FCC已經分配了幾個毫米波的頻帶用于無線通信的數據傳輸，如22-29GHz頻帶分配給短距離應用（如park assist，stop-and-go，blind spot detection），77GHz頻帶用于長距離的自動巡航控制。第二個影響通信數據率的因素是系統整體的SNR。不利的是，對于給定距離，在

5、高頻處接收到的信號由于以下因素會經受更多的衰減：首先，天線尺寸與載波頻率成反比，載波頻率越高，天線尺寸越小，導致收集的能量也更少；第二，在高頻處空氣以及其他物質的高吸收導致信號衰減；第三，多徑效應導致信號衰減。更低的SNR減小了通信系統在固定距離下的數據速率或減小了無線通信的距離。干擾信號也會表現得像噪聲一樣，減小了SNR。有利的是，在高頻處的大量的衰減，減少了干擾信號水平，也減少了多徑成分；后者引起更小的延遲擴散，使得60GHz這樣的毫米波頻段非常適合用于短距離的高速無線傳輸。毫米波的獨特應用毫米波的潛在應用，包括毫米波成像（mm-wave imaging）、亞太赫茲（sub-THz）化學探

6、測器，以及在天文學、化學、物理、醫學和安全方面的應用。感興趣的重要頻率包括90GHz、140GHz，以及300GHz以上或者叫做THz區域。之所以選擇致力于這些頻點的研究，是因為考慮到其在空氣中傳播時的信號衰減。很明顯，存在各種窗戶使得衰減或者最大化或者最小化。60GHz頻帶由于氧氣的吸收，使得它適合于短距離網絡應用。而其他的頻帶，如90GHz是長距離成像的理想選擇。汽車雷達成像領域的一個很重要的應用是工作于24GHz和77GHz的汽車雷達。今天僅有非常奢侈的汽車裝備了毫米波雷達技術。該技術可以在低能見度情況下幫助汽車駕駛，尤其是大霧的天氣，以及自動巡航控制和甚至未來高速公路的自動駕駛。

7、60;用于醫學應用的毫米波成像毫米波技術的另一個潛在應用是無源毫米波成像（passive mm-wave imaging）。僅通過檢測物體在毫米波頻帶的熱量輻射，物體的圖像就可以像光學系統一樣呈現出來。需要或者是一組接收機或者是移動的終端天線來不停地掃描感興趣的區域。 高清視頻的無線傳輸NEC、三星、松下和LG等消費類電子廠商共同成立了WirelessHD聯盟來推動60GHz技術在無壓縮高清視頻傳輸中的應用。 其他的毫米波技術應用還包括腫瘤檢測的醫學成像，溫度測量，血液循環和水分、氧分測量。在過去的二十年里，這些應用都被強烈地探索著，但是，大部分研究停止或放棄了，原因在于這

8、些傳統的系統競爭不過已經存在的MRI或者X射線CAT掃描系統。由于波長太長，這些系統的精度很差。隨著硅技術允許大量的接收機陣列被低成本地實現在一塊小面積上，我們相信這些應用會重新出現。而且隨著頻率被推到更高頻點，如100GHz以上，波長變得更小，還將出現新的應用領域。 毫米波研究的發展現狀毫米波GaAs集成電路近年來，在微波、毫米波單片集成電路領域內，最引人注目的是美國國防部發展軍事微電子電路總計劃之一的MMIC計劃，此計劃總的目標是開發1-100GHz頻率范圍內的各種單片電路,且要求其成本低、性能好、體積小、可靠性高、能批量產生。功率MMIC隨著衛星通信，相控陣雷達和電子戰系統的發

9、展，對功率MMIC放大器的需求日益增長，已成為研究的重要領域。在18GHz以下主要是GaAs MESFET和HBT功率MMIC放大器。在18GHz以上，則是PHEMT的功率MMIC放大器。松下已開發出數字移動通信機用的可低壓工作的GaAs功率MMIC。采用數字調諧方式的移動通信機的發射功放要求低功耗和低失真特性，但是近年來通信機的電流、電壓逐步降下來，這對相互矛盾的特性很難兩全。針對這一問題，松下專門在FET的結構和電路結構的最佳化上下功夫。在FET結構方面，通過采用最佳柵長及最佳源、漏間距。實現了1.2V的提升電壓，為此成功地實現了3.0V下也能工作的高效FET。在電路結構方面，通過把漏偏壓

10、電路設置在外部，從而防止了加到FET上的電源電壓下降，成為低壓下能夠工作的電路結構。另外，模擬出了增益、效益最大，相位漂移量最小的最佳負載電路，正因為在MMIC上實現這一最佳負載電路，所以獲得了低失真。采用以上這些技術開發的GaAs功率MMIC，其功率附加效率為40，鄰接溝道漏泄功率為-56dBc，片子尺寸為1.0mm×1.6mm。Mitsubishi Electronic研制成用于Ka波段通信系統的MMIC二級功率放大器，在30GHz，輸出功率為1.44W，芯片尺寸為1.94mm×2.0mm。TRW公司采用0.508dmm厚PHEMT MMIC和氧化鋁微帶組合器研制成3W

11、Q波段PHEMT MMIC功率放大器模塊，在45GHz下，峰值效率為25。Sanders公司研制成型號為SGPA 07006 CC二級單片微波集成電路功率放大器，頻率為37-40GHz。采用本公司的0.15m GaAs PHEMT工藝。Triquint Seniconductor公司采用0.25m PHEMT技術研制成3.48mm2，0.5W，40GHz功率放大器MMIC，在6V漏偏置條件下，二級功率放大器獲得小信號增益為15.6dB，在1dB增益壓縮下，輸出功率為26.5dBm，飽和輸出功率為27.9dBm，功率附加效率為26.6。TRW公司采用0.1m AlGaAs/I

12、nGaAs/GaAs T柵功率PHEMT研制成二極單片W波段功率放大器。這種MMIC功率放大器在94GHz下線性增益為8dB，最大輸出功率為300mW，峰值功率附加效率為10.5，襯底厚度為0.508dmm。臺灣大學研制成許多單片W波段功率放大器，并可用于遠紅外本機振蕩器和亞毫米波望遠鏡（FRIST）。這些芯片包括復蓋大多數W波段的三個激勵器和三個功率放大器，例如頻率范圍為72-81GHz、90-101GHz和100-113GHz。每種激勵放大器和功率放大器分別可提供最小的20dBm和22dBm（160mW）。100-113GHz功率放大器在105GHz時的峰值功率大于250mW（25dBm）

13、，這是目前超過100GHz單片放大器的最大輸出功率。這些單片芯片采用0.1mAlGaAs/InGaAs/GaAs T柵功率PHEMT的技術制作，GaAs襯底為0.508dmm。日本Fujitsu Quantum Device Ltd研制低成本金屬陶瓷封裝的K波段大功率MMIC放大器模塊，并可應用于K波段高速無線系統。這種模塊由一個激勵放大器MMIC和一個功率放大器MMIC組成，在23GHz和26GHz下總的增益為30dB，P1dB為33dB。這種模塊總的性能G（dB）×f/fo為以前的二倍。TRW的RF Product Center報道了相關功率增益21.5dB的6W、24PAE K

14、a波段功率模塊。功率模塊由激勵放大器、二級功率放大器芯片組成。這種MMIC放大器采用0.15m InGaAs/AlGaAs/GaAs HEMT技術制作在0.508dmm厚的襯底上，激勵放大器的輸出功率為27.5dBm，功率增益為10.7dB，PAE為27。輸出功率放大器采用混合的方法，由二片局部匹配MMIC芯片和8路Wilkinson組合器（制作在氧化鋁襯底上）組成。這種MMIC功率放大器的輸出功率為35.4dBm（3.5W），PAE為28，相關增益為11.5dB。8路組合器的插入損耗為0.6dB。低噪聲MMIC放大器Mistubish Electric Corp采用柵長為0.15m的PHEM

15、T(AlGaAs/InGaAs/GaAs)研制成Ka波段單片低噪聲二級放大器，放大器在32GHz下的相關增益為18.0dB時，噪聲系數為1.0dB。日本富士通公司研制成用于LMDS（LocalMultiPointDistrbutionService）和衛星通信的小型、寬帶、高增益K波段PHEMTLNAMMIC。增益和噪聲系數在23-30GHz下分別為14.5±1.5dB和1.7±0.2dB。MMIC的芯片尺寸為0.9mm2。這種MMIC的增益密度高達14.4dB/mm2，這是目前所報道的最高水平。TRW公司采用0.15m AlGaAs/InGaAs/GaAsHEMT工藝技術

16、研制成高可靠Ka波段低噪聲MMIC放大器。在Vds=25.2V，和Ids=250mA/mm的DC偏置下工作，在三個溫度（Tambient=235Ta=250，Ta=265）對二級平衡放大器進行了壽命測試。用在室溫測定的S21=1.0dB確定每種溫度的失效時間。Ea為1.6eV，在125結溫下，MTF（mediamtimetofailare）為7×1019小時。變頻器UK Defence Evaluation Research Ageney研制成用于衛星通信接收機的多功能MMIC，工作頻率為43.5-45.3GHz。該電路采用25m PHEMT GaAs InAsGa

17、0;AlGaAs生產工藝在GEC Marconi Materials Technology Ltd制作。多功能MMIC在一塊芯片上集成一個低噪聲放大器、下變頻器、本機振蕩器、倍頻器和緩沖放大器。其芯片尺寸為3.0mm×3.8mm。噪聲系數為4.3dB，本機振蕩器在0dBm時的變頻增益為8dB。倍頻器、混頻器The Universityof Leeds研制成新型77GHz MMIC自振蕩混頻器。混頻器采用單個PHEMT同時做混頻和倍頻。這種混頻器在77GHz下的變頻損耗為12dB，70-85GHz的平均變頻損耗為15dB。收/發MMIC德國Fraunhofer Institutefor

18、 Applide Solid Statephysics(IAF)采用雙柵PHEMT研制成應用于FMCW雷達系統的小型共面收/發MMIC。該芯片由二級中功率放大器，一個單端電阻混頻器，一個環形波導耦合器組成，采用0.15m GaAs PHEMT技術。在77GHz下，輸出功率為10dBm，變頻損耗為1.5dB，芯片尺寸僅為1.75mm×1.75mm。其它MMIC德國Siemens公司研制成用于毫米波的傳感器，特別是汽車雷達系統應用的單片單元（set）。它由高集成收發芯片、一個壓控振蕩器、一個諧波混頻器和中功率放大器組成，這種MMIC的工作頻率范圍為76-77GHz用GaAs PHEMT來

19、制作。Fujitsu Quantum Devices Limited采用倒裝技術和0.15m InGaAs/GaAs HEMT工藝研制用于毫米波汽車雷達的76GHz MMIC芯片。芯片單元由一個76GHz放大器（芯片尺寸為1.2mm×1.9mm）、一個76GHz混頻器（1.9mm×2.4mm）、76GHz幾個SPDT開關（1.2mm×1.9mm）、一個38-76GHz倍頻器（1.9mm×2.4mm）、一個38GHz壓控振蕩器（1.2mm×1.9mm）和一個38GHz緩沖放大器組成。日本Hitachi Ltd，Central Research L

20、ad.研制成用于汽車遠程雷達77GHz全MMIC。為了滿足汽車系統的要求，需要研制W波段MMIC。為了適應頻率調制連續（FMCW）雷達系統設計了許多MMIC。采用高可靠0.18m HJFET制作工藝制造毫米波MMIC。NEC公司為此研制用于低成本汽車雷達的小型、高可靠76GHzMMIC芯片單元。這種芯片單元由一個輸出功率為15.2dBm放大器、一塊輸出功率為11.0dBm的發射機MMIC和一塊具有-4.6dB變頻增益的接收機組合。Frace Uniteal Monolitic Semiconducters研制成應用于76.5GHz適應航行（ACC）汽車雷達的毫米波前端。這種ACC雷達基于FSK

21、（FrequeneyShiftKeying）。毫米波模塊采用3塊MMIC組成單芯片單元來制作。三塊MMIC分別為本機振蕩器芯片、功率發射芯片和下變頻接收芯片。德國InfineonTechnologies公司采用0.13m柵（HMET110）和0.18m柵（HMETTP60）GaAs PHEMT技術研制成二種芯片單元，并可應用于本地多點分配服務（LMDS）系統中。設計頻率范圍為24-27GHz和27-31GHz。二種芯片單元包括在1dB壓縮下（小信號增益為17dB），輸出功率為27dBm的二級大功率放大器；具有P1dB=22dBm（17dB小信號增益）的二級中功率放大器；增益為20dB，噪聲系數

22、小于3dB的三級LNA；具有9dB變頻損耗的一個單平衡混頻器和倍頻器（二倍頻器為24-27GHz，三倍頻器為27-31GHz）。38-42GHz寬帶無線系統的第三種芯片單元已于2001年問世。Infineon公司的GaAs PHEMT生產線目前從10.16cm過渡到15.24cm，2001年中期已采用15.24cm GaAs片子。        毫米波Si集成電路毫米波CMOS集成電路是在基于CMOS射頻集成電路（RFIC）的基礎上發展起來的。對于CMOS RFIC的研究始于20世紀90年代，在之后的近十

23、年中CMOS技術無論是在工藝、器件還是電路設計上都取得了巨大的進步。從工藝上來講，正如摩爾定律預言的那樣，CMOS工藝自80年代以來從原先的3-工藝發展到0.13-，而目前已經達到了32-nm。另一方面，根據恒電場下的按比例縮小理論，隨著CMOS工藝尺寸縮小，CMOS晶體管的特征頻率fT和最大振蕩頻率fmax將不斷提升。在標準90-nm CMOS工藝下， fT和fmax已經可以達到100GHz以上Design Consideration for 60GHz CMOS Radios, Chinh H. Doan, Sohrab Emami, David A. Sobel, Ali M.

24、 Niknejad, and Robert W. Brodersen, Berkeley Wireless Research Center, IEEE Communications Magazine, December 2004。有源和無源器件的設計和建模mm-Wave Silicon Technology, 60GHz and Beyond, Ali M. Niknejad, Hossein Hashemi, Springer 2008介紹了 CMOS有源和無源器件建模的常用方法。傳輸線建模對于毫米波CMOS集成電路設計是非常重要的。Carchon等人CARCHON G, RAED

25、T W D. NAUWELAERS B. Novel approach for a design-oriented measurement-based fully sealable coplanar waveguide transmission line modelJ. IEE Proceedings Microwaves, Antennas and Propagation, 2001, 148(4):227-232.提出了一種新的基于定向設計測量的建模方法，根據這種方法設計出的最終模型可以方便地在商業設計軟件中實現。Yang等人YANG M T, HO P P C, YEH T J,et a

26、l. On the millimeter-wave characteristics and model of on-chip interconnect transmission lines up to 110 GHzC Microwave Symposium Digest, 2005 IEEE MTT-S International. Hsinchu, Taiwan, 2005:1819-1822.在2005年設計實現了以集總元件構成的RLC傳輸線模型，能夠在高達110-GHz頻率范圍內表征傳輸線效應。另外，Yildiz等人YILDIZ C, SAGIROGLU S, SARACOGLU O.

27、 Neural models for coplanar waveguides with a finite dielectric thicknessJ. Int J RF and Microw Computer-aided Engineering, 2003, 13(6):438-446還首次提出了共面波導的神經網絡模型，該模型獲得的結果與之前相關文獻中已報道的理論值和實驗值非常吻合。晶體管的通用的建模方法是基于準靜態（quasi-static）假設，即一個晶體管的毫米波的大信號性能主要是由其直流非線性所控制，與此同時，它的動態性能則可以用外部的寄生參數來建模以捕捉損耗和感應效應，這些效應在毫米

28、波頻段特別重要。文獻S. Emami, C. H. Doan, A. M. Niknejad, R. W. Brodersen, “Large-signal millimeter-wave CMOS modeling with BSIM3," RFIC Digest of Papers, pp. 163-166, June 2004.建議的建模方法學是，把CMOS晶體管模型分為內核部分和外部參量部分。內核部分采用精簡BSIM3v3模型，添加的外部參量用于表征因高頻而產生的寄生參數。晶體管的三個終端需添加寄生的串聯電阻和電感（LG， RG，LS， RS，LD，RD）

29、，柵端寄生電阻RG表征的是多晶硅柵的分布RC本質，寄生電感用于表征晶體管終端互連線的延時效應。終端與終端之間還需添加寄生電容（Cgs，Cgd，Cds），用于表征晶體管的溝道電容、交疊電容和由外部引線所產生的寄生電容的總和。CMOS晶體管參數提取的方法有以下幾種：利用Agilent IC-CAP從測量數據中直接提取參數DOAN C H,EMAMI S, NIKNEJAD A M,et al. Millimeter-wave CMOS designJ. IEEE J Solid-State Circuits, 2005, 40(1):144-155.、利用器件仿真軟件提取參數JANG J. Sma

30、ll-signal modeling of RF CMOSD. Stanford University, 2004.以及利用電磁場仿真提取參數YOSHITOMI S, KIMIJlMA H, KOJIMA K, et al. An accurate prediction of high-frequency circuit behaviorJ. Telecommunications and Information Tech, 2005:47-61.。直接利用測量數據提取參數可以獲得較好的精度，但是這種方法的缺點在于需要事先進行晶體管版圖設計、流片和測試。而利用二維的工藝和器件仿真不僅可以解決測試

31、可能帶來的一定誤差，而且提取的參數精度也較高，從而很好地彌補了直接利用測量數據提取參數這一方法的不足之處。另外，Yoshitomit等人YOSHITOMI S, KIMIJlMA H, KOJIMA K, et al. An accurate prediction of high-frequency circuit behaviorJ. Telecommunications and Information Tech, 2005:47-61.提出了使用電磁場仿真來提取參數的方法。該方法通過晶體管的版圖設計，利用Agilent ADS Momentum進行電磁仿真提取參數，獲得了較好的精度，但偏置

32、條件受限制。由于以上所述的三種方法各有利弊，所以到目前為止，還沒有出現一種統一、簡單和有效的毫米波CMOS晶體管模型參數提取的方法。因此，CMOS晶體管建模還待進一步深入研究。一個準確的噪聲模型對于設計低噪聲放大器是至關重要的。文獻M.W. Pospieszalski, “Modeling of Noise parameters of MESFETs and MODFETs and Their Frequency and Temperature Dependence," IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques, vol. 37,

33、pp.1340-1350, Sept. 1989. mm-Wave Silicon Technology, 60GHz and Beyond, Ali M. Niknejad, Hossein Hashemi, Springer 2008中，基于上式的預測，繪出工藝節點與截止頻率和最小噪聲系數的圖，從圖中我們發現，在90nm節點，Fmin在60GHz頻點可以低到2.5dB，實際測試表明圖示結果的較低范圍內與實際測試結果在1dB范圍內浮動，這是非常令人激動的。例如，測試結果表明毫米波頻段（60GHz）在130nm晶體管中可獲得3-4dB的最小噪聲系數。這個性能水平是足夠滿足許多應用了。剩余的挑戰

34、就在于建立一個能夠實際用于低噪聲噪聲匹配的放大器。毫米波射頻前端關鍵模塊隨著CMOS技術在工藝和器件上的進步，CMOS電路設計在近十幾年來也得到了迅猛發展。至今，無論是在哪個工作頻段，設計高性能的低噪聲放大器（LNA）、混頻器（Mixer）和壓控振蕩器（VCO）總是研究重點。LNA處于接收前端的第一級，其噪聲系數在很大程度上決定了整個前端的噪聲性能。EllingerELUNGER F. 26-42 GHz SOI CMOS low noise amplifierJ. IEEE J Solid-State Circuits, 2004, 39(3):522-528.ELlNGER F. 60-G

35、Hz SOI CMOS traveling-wave amplifier with NF below 3.8 dB from 0.1 to 40 GHzJ. IEEE J Solid-State Circuits, 2005, 40(2):553.558.分別制作了35-GHz和59-GHz的LNA，雖然這兩個LNA都是基于90-nm SOI CMOS技術而非標準CMOS技術，但是其性能已經接近甚至超過采用InP實現的LNA。Masud等人MASUD M A, ZIRATH H, FERNDAHL M,et al.90 nm CMOS MMIC amplifierC 2004 IEEE RFI

36、C Symposium, 2004: 201-204.采用兩級放大來提高增益，首次設計實現了在標準90-nm CMOS工藝下的40-GHz LNA。文獻B. Heydari, M. Bohsali, E. Adabi, A.M. Niknejad, “Low-Power mm-Wave Components up to 104GHz in 90nm CMOS,” IEEE ISSCC Dig. Tech. Papers, pp. 200-201, 597, Feb. 2007.基于90-nm CMOS工藝設計了2個中心頻點為61.5-GHz的LNA，分別采用2級共基放大電路和4級共發射極電路，

37、前者增益15dB、噪聲系數4-6dB、消耗電流6mA，后者增益20dB、噪聲系數4.8-6.2dB、消耗電流10mA。設計工作在毫米波頻段的混頻器同樣非常困難，Guan等人GUAN X, HAJIMIRI A. A 24 GHz CMOS front-endJ. IEEE J Solid-State Circuits, 2004, 39(11): 368-373.采用0.18-m標準CMOS工藝設計了第一塊24-GHz混頻器，隨后Emami等人EMAMI S, DOAN S H, NIKNEJAD A M, et al. A 60-GHz down-converting CMOS single

38、-gate mixerC 2004 IEEE RFIC Symposium, 2005: 163.166.采用0.13-m標準CMOS工藝實現了第一個60-GHz混頻器。在毫米波收發前端的設計中，VCO是另一個設計重點。VCO和分頻器在所有同步電路中起著關鍵作用。它們組成了PLL的核心元件。早在1988年，Banu就已經制作出了第一塊1.4-GHz MOS振蕩器，1999年Kleve Land等人報道了第一塊10-GHz CMOS振蕩器，而在2004年Franca Neto等人FRANCE-NETO L M, BISHOP R E, BLOECHAL B A. 64GHz and 100GHz

39、 VCO's in 90 nm CMOS using optimum pumping methodC IEEE ISSCC Dig Tech Papers, 2004: 444-445.實現了第一塊104-GHz CMOS VCO。文獻A. Natarajan et al., “A 77-Ghz Phased-Array Transceiver With On-Chip Antennas in Silicon: Transmitter and Local LO-Path Phase Shifting,” IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 4

40、1, no. 12, pp. 2807-2819, Dec. 2006.中設計了一個應用于無線收發機的52-GHz的PLL，包含了一個片上VCO，和一個注鎖式（injection-locked）分頻器作為第一級。該設計使用fT=200GHz的SiGe BiCMOS工藝，VCO（包括buffer）消耗25mW，分頻器鎖定頻率范圍3.1-GHz，消耗電流3.1mA，供電電壓2.5V。測試結果顯示相位噪聲為-95dBc/Hz1MHz頻偏處。J. Lee, “A 75GHz PLL in 90 nm CMOS,” ISSCC Dig. of Tech. Papers, pp. 432-433, Feb

41、. 2007.中，利用90-nm CMOS工藝實現了一個全集成的75-GHz PLL，包含一個差分VCO，分頻比為64的分頻鏈路，PFD以及3階環路濾波器。其中分頻器結合采用注鎖式、Miller式和靜態三種結構來實現，在輸入頻率和工作頻段范圍實現了折中。測試結果顯示，相位噪聲為-88dBc/Hz100kHz頻偏處。對于VCO來說，相位噪聲是一個重要的性能指標。由于電感設計的好壞將直接影響VCO的相位噪聲，因此設計具有高Q值和低損耗的電感是至關重要的。當前，在設計幾十GHz的CMOS VCO時，通常采用以下四種電感結構：線電感、微帶線、共面波導和螺旋電感。Tang NianLuo等人LUO T

42、N, BAI S Y, CHEN Y J E, et al. A 1-V CMOS VCO for 60-GHz applicationsC 2005 IEEE APMC Proceedings. Taipei, Taiwan, 2005.制作了50-GHz CMOS VCO，其電感采用線電感結構，電感的仿真Q值在50-GHz能夠超過30，最后整個VCO的相位噪聲可以達到-96 dBc/Hz1MHz。Ren ChlehLiu等人LIU R C, CHANG H Y, WANG C H, et al. A 63 GHz VCO using a standard 0.25 m CMOS

43、processC 2004 IEEE International Solid-State Circuits Conference, 2004: 446-447.則利用非對稱共面帶狀線（ACPS）結構實現電感，采用0.25-m標準CMOS工藝制作了63-GHz VCO，其相位噪聲達到-85 dBc/Hz1MHz。雖然螺旋電感在毫米波頻段的性能不是很好，但是通過改變形狀和結構，螺旋電感仍然可以應用于毫米波CMOS集成電路。Changhua Cao等人CAO C, KENNETH K O. Millimeter-wave voltage-controlled oscillators in 0.13-

44、m CMOS technologyJ. IEEE J Solid-State Circuits, 2006, 41(6):1297-1304.改變了傳統螺旋電感的結構，設計出了差分圓形螺旋電感，在0.13-m標準CMOS工藝下，利用這種結構的螺旋電感，設計實現了59-GHz和105-GHz的CMOS VCO，其相位噪聲分別達到-89dBc/Hz1MHz和-97.5dBc/Hz1MHz。 脈沖生成器B.B.M. Wasanthamala Badalawa and M. Fujishima. 60 GHz CMOS pulse generator. Electronics Letters

45、 2007 Vol. 43 No. 2實現了一個60-GHz脈沖生成器，可以應用于無壓縮的HDTV數據的無線發射鏈路。該脈沖生成器僅使用CMOS晶體管，采用9層金屬的90-nm CMOS工藝，載波頻點為62.5-GHz，供電電壓1.15V，輸出功率-25dBm，輸入頻點1.5GHz，功耗11.5mW。 集成的毫米波射頻前端最近幾年，毫米波CMOS收發前端的研究越來越受到重視。就毫米波CMOS收發前端的系統架構而言，它與工作在低GHz的CMOS射頻收發前端的架構幾乎相同。2006年RazaviRAZAVI B. A 60-GHz CMOS receiver front-endJ. IEEE J Solid-State Circuits, 2006, 41(1):17-22.報道了采用0.13-m標準CMOS工藝制作的第一個60-GHz CMOS接收前端。該接收前端的設計有以下幾個特點：首先，采用了折合微帶線結構來實現電感和互連線；其次，在LNA設計中采用了共柵極結構；最后，MIXER采用了單平衡混頻器結構。整個接收器的增益達到