Tiểu luận Thiết kế mạch tích hợp NỀN TẢNG XÂY DỰNG CHÍNH CHO SÓNG MILIMET THIẾT KẾ VI MẠCH ĐƯỜNG CƠ SỞ

Tiểu luận Thiết kế mạch tích hợp NỀN TẢNG XÂY DỰNG CHÍNH CHO SÓNG MILIMET THIẾT KẾ VI MẠCH ĐƯỜNG CƠ SỞ.Trong công việc này, những khái niệm thu mới và xây dựng những khối hợp nhất,mạch cấp, những tiêu chuẩn cho thông tin vô tuyến sóng milimet tương lai được giới thiệu. Bắt đầu từ những thiết bị thụ động và tích cực, những sự cân bằng giữa công nghệ, hiệu năng và mạch những sự lựa chọn của những mạch đầu cuối RF sóng milimet được bàn luận. Nói riêng, tiêu thụ điện, tiếng ồn và những sự cân bằng trực tính trong những máy khuếch đại tiếng ồn nhỏ, những máy trộn, những bộ chia tần số và những bộ dao động được xem xét. Những khái niệm được dẫn xuất ra được ứng dụng vào một lớp lớn của những tiêu chuẩn những thông tin vô tuyến mà là dải băng tần rộng trong thiên nhiên ở RF và hoặc yêu cầu một dải băng tần rộng IF

Học viên : Cao Hữu Vinh Trang 1

NỀN TẢNG XÂY DỰNG CHÍNH CHO SÓNG MILIMET THIẾT KẾ VI MẠCH ĐƯỜNG CƠ SỞ

Tóm tắt

Trong công việc này, những khái niệm thu mới và xây dựng những khối hợp nhất, mạch cấp, những tiêu chuẩn cho thông tin vô tuyến sóng milimet tương lai được giới thiệu Bắt đầu từ những thiết bị thụ động và tích cực, những sự cân bằng giữa công nghệ, hiệu năng và mạch những sự lựa chọn của những mạch đầu cuối RF sóng milimet được bàn luận Nói riêng, tiêu thụ điện, tiếng ồn và những sự cân bằng trực tính trong những máy khuếch đại tiếng ồn nhỏ, những máy trộn, những bộ chia tần số và những bộ dao động được xem xét Những khái niệm được dẫn xuất ra được ứng dụng vào một lớp lớn của những tiêu chuẩn những thông tin vô tuyến

mà là dải băng tần rộng trong thiên nhiên ở RF và / hoặc yêu cầu một dải băng tần rộng IF

1.Giới thiệu

Sự tăng trưởng nhanh của những thông tin vô tuyến, cho những mạng cục bộ (WLANs)

và những mạng vùng cá nhân không dây (WPANs) , đã gây ra sự quan tâm trong việc sử dụng

RF mạch tổ hợp silic cho thao tác trong những dải sóng milimet [3-4] Sự ấn định của 5 GHz dải thông lớn xung quanh 60 GHz đã tạo ra những cơ hội mới cho công nghệ đầu cuối 60GHz Trong khi sự mất mát đường dẫn qua cao trong dải tần số này vì sự hấp thụ oxi và các vật cản như những tường của những tòa nhà ngăn cản các thông tin liên lạc tầm xa, tốc độ gigabit /giây điểm tới - điểm liên kết hoặc mạng nội bộ không dây tầm ngắn thực sự được hưởng lợi từ sự suy giảm này; nó giảm thiểu sự can thiệp với các hệ thống khác, cho phép sử dụng lại tần số cũng như cung cấp nhiều sự bảo mật hơn Những khả năng khác trong dải tần số sóng milimet là những ứng dụng tự động Chẳng hạn như những hệ thống ra-da (77/79 GHz) tầm xa để tránh va chạm, bảo mật (94GHz) và truyền thông băng rộng cực trong dải tần số 120GHz Chúng ta đang đẩy mạnh đối với tần số cao hơn như là một nhu cầu cho công suất không dây Đây là một hệ quả của định luật Moore cho mạng không dây

Mặc dù hoạt động trong các dải tần số này đã từng là dành riêng cho lĩnh vực thiết bị bán dẫn III-V-hợp chất vì độ di động điện tử cấp cao hơn của họ Sự cố điện áp cao hơn và chất nền cách điện bán (10 - 10 Ωcm), Silic CMOS lợi ích từ quá trình phát triển nhanh công nghệ và sự giảm chi phí tại hợp thành một thể thống nhất cao Hiện thời f và f diễu hành bởi 90 nm LP thế hệ NMOS bóng bán dẫn, theo thứ tự là 120 GHz/280GHz tương ứng và các thiết bị hoạt động có khả năng đạt được công suất 8dB trong băng tần 60GHz Các nút công nghệ khác, chẳng hạn như công nghệ 65nm và 45nm, có hiệu suất RF thậm chí tốt hơn với mức tiêu thụ ít điện năng hơn Chúng ta hiện thời đang phải đối mặt một sự thúc đẩy công nghệ và kết quả của nó là những thiết bị nhanh hơn và nhanh hơn Các thành phần thụ động (cuộn cảm, đường dây và tụ

Học viên : Cao Hữu Vinh Trang 2

điện bằng kim loại - kim loại) cũng có thể mở rộng quy mô và họ có thể bổ sung cho các hoạt động của thiết bị hoạt động bằng cách ví dụ như: tạo ra được một băng thông nhỏ thông qua các tải cộng hưởng Sự kết hợp chưa từng có và sự hiện diện của các lĩnh vực ứng dụng sóng milimet được ưu đãi rõ ràng cho hoạt động tiếp tục nghiên cứu

Nhân tố căn bản của những thiết bị thu phát sóng milimet ở đường gốc CMOS liên quan đến sự hợp nhất và sự giảm chi phí Hơn nữa, thông lượng cao (> 4Gb / s) phổ biến cho một số truyền dữ liệu bùng nổ đòi hỏi phải xử lý tín hiệu kỹ thuật số tốc độ cao Điều này có thể đạt được chỉ trong quá trình cơ bản nhanh nhất CMOS

Có nhiều thách thức cho các nhà thiết kế CMOS trong sóng milimet các băng tần Trước hết, do sự mất mát con đường cao của kênh không dây 60GHz, kết hợp với tiếng ồn hạn chế và khả năng xử lý điện năng của công nghệ CMOS thông thường ở tần số này Làm cho thông tin liên lạc - SNR cao trong dải tần 60 GHz vô cùng khó khăn Thứ hai, một quá trình CMOS đặt ra nhiều thách thức thiết kế cho hoạt động tại tần số sóng mm, do có sự xuất hiện việc tổn hao trong các chất nền Thứ ba, ảnh hưởng của những phần tử thụ động cho CMOS thiết bị phần tử nhỏ hơn micrômet sâu trong vùng tần số cao dẫn đến MOSFET mô hình không chính xác

Trong các phần sau, chúng tôi đang giải quyết các thiết kế của chính một số xây dựng các khối thu phát sóng milimet trong một cơ sở CMOS LP quá trình cung cấp 1.2V Kết quả đo được chứng minh các thủ tục thiết kế và các mô hình phân tích trong suốt vật liệu

2 Các thành phần thụ động và tích cực

Để đạt được tăng cao cũng như sự ổn định và cô lập đảo ngược ở 60GHz, một giai đoạn

bộ khuếch đại được chọn là các khối xây dựng cơ bản mạch cho giảm thiểu tiếng ồn bộ khuếch đại và khuếch đại công suất Đối với khuếch đại công suất, Bộ khuếch đại cấu hình cũng có thể thư giãn căng thẳng điện áp trên mỗi bóng bán dẫn cá nhân rằng có thể dẫn đến sự cố và thất bại Các phép đo của giai đoạn bộ khuếch đại dựa trên hai kỹ thuật khác nhau tương phản - đưa vào, trình bày trong Hình 1 đầu tiên phương pháp dựa trên một cấu trúc ngắn mở tải với một thiết bị

bộ khuếch đại như tải Các thứ hai kỹ thuật tương phản - đưa vào dựa trên các thông số ABCD

và chính xác đo lường của trái phiếu các miếng đệm và cơ cấu đường dây truyền tải Kết quả là, ABCD ma trận của DUT được chiết xuất Các kết quả đo (Hình 2) gần như tương tự cho S11, S12, S22 và khác nhau với 1dB cho tham số S21

Học viên : Cao Hữu Vinh Trang 3

Hình.1 Mô tả thiết bị bộ khuếch đại hai tầng

Chúng tôi xem xét phương pháp đầu tiên đáng tin cậy hơn do số lượng ít hơn của tính toán cần thiết để trích xuất S-những thông số của DUT Mặc dù chất nền silic tổn hao, các yếu tố thụ động với chất lượng tốt vẫn còn khả thi So với xoắn ốc cuộn cảm ở tần số sóng mm, đòi hỏi kiến thức chi tiết về chất nền và phân tích của dòng xoáy, đường dây truyền tải được tốt hơn phù hợp thực hiện các điện cảm nhỏ trong băng tần số này

Học viên : Cao Hữu Vinh Trang 4

Hình 2 Thiết bị bộ khuếch đại hai tầng : Đo kết quả

Học viên : Cao Hữu Vinh Trang 5

Hình 3 Màng mỏng, Trên mạch vi xử lý, Đường dây truyền tải điện có thể chế tạo được bằng cách sử dụng công nghệ in bảng mạch phù hợp với phía bên những bản mạch

Trong thiết kế đề xuất, Đường dây dòng bao gồm M1 làm mặt bằng phẳng và M6 là đường tín hiệu, Được sử dụng trong các mạng lưới phù hợp và mạch cộng hưởng (xem hình 3) Khoảng cách rộng giữa tín hiệu và M6 đường mặt đất, ủng hộ các hành vi đường dây truyền tải điện có thể chế tạo bằng các sử dụng công nghệ in bảng mạch thay vì đặc tính CPW của nó Để

bị cô lập tốt hơn giữa các đường lân cận, dải đất (M6), được coi là cả hai bên của đường tín hiệu

D khoảng cách từ đường tín hiệu mặt đất hàng đầu là lớn hơn nhiều so h khoảng cách đến mặt đất dưới Trong cấu trúc này, M6 đường mặt đất hàng đầu kết nối với M1 quá nhiều qua tất cả các ngăn xếp kim loại Điều này sau đó có thể cung cấp một mặt phẳng nằm ngang được xác định và cung cấp một mật độ kim loại hợp lý có thể đáp ứng các quy tắc thiết kế cho sản xuất Quá trình sử dụng các tính năng mạ vàng/bạc vào đồng cho 6 lớp kim loại (5 mỏng + 1 dày) và thấp k (<3.0) liên kim loại điện môi giữa các lớp kim loại mỏng

Đối với tương phản-đưa vào, kỹ thuật L-2L được sử dụng Hình 4 cho thấy đo điện cảm của đường dây truyền tải là một chức năng của chiều dài

Học viên : Cao Hữu Vinh Trang 6

Hình 4 Kết quả đo loại đường dây truyền tải điện có thể chế tạo bằng cách sử dụng công nghệ in bảng mạch

Hình 5 Me6-Me5 Phép đo tụ điện

Việc mất đưa vào đo được của đường dây là 0,065 NP / mm tại 60 GHZ cho tách và cộng hưởng, Me6-Me5 tụ điện được đề xuất Một ô đơn vị tắt về 10fF được sử dụng để tạo ra các giá trị điện dung lớn hơn như mong đợi, tổng điện dung và ký sinh trùng, cũng như, quy mô khá tuyến tính với số lượng tế bào (xem hình.5 ) Một kích thước thiết kế thêm là sự hiện diện của các lớp ALUCAP trên đầu trang của tụ điện

Học viên : Cao Hữu Vinh Trang 7

3.I / Q Bộ chuyển đổi xuống

Một hệ thống băng thông rộng không dây có khả năng cung cấp dung lượng 10x và hoạt động ở tần số 10 lần mang vô tuyến không dây hiện hành sẽ yêu cầu một thay đổi cơ bản trong thiết

kế mạch CMOS và cách tiếp cận mới mạch / thiết kế hệ thống Có thể cho rằng, các kiến trúc khác nhau áp dụng cho một mm sóng nhận Để minh họa các vấn đề có thể xảy

ra, một I /Q xuốngmáy đổi điện cho điểm thấp nhấtIF/gần giống điểm thấp nhất

-IF nhận sẽ được thảo luận trong phần tiếp theo

Hình 6 I/Q Xuống – Máy đổi điện

Theo dự kiến, mô phỏng Vuông góc xuống chuyển đổi từ (hình 6) đòi hỏi một vuông góc 60GHz dao động và hai máy trộn hài hòa Thế hệ của các tín hiệu vuông góc với nhiều pha bộ lọc hoặc phân chia tần số 2 với một chia tần số tĩnh được loại trừ sau khi một phân tích chuyên sâu Trong trường hợp đầu tiên, mức độ trở kháng thấp, để chống lại các hiệu ứng ký sinh trùng Vì vậy, trở kháng đầu ra thấp đệm là cần thiết, làm cho giải pháp này là khó khăn hoặc quá đói Một tĩnh chia tần số làm việc tại 120GHz là một lần nữa bị loại trừ do thời gian vận chuyển thấp cần thiết trong các thiết bị hoạt động ở tốc độ đó Như chúng ta sẽ thấy, tần

số ngăn hoạt động tại 60GHz nào được nêu ra trong một giai đoạn nghiên cứu Vì vậy, toàn bộ khái niệm nên được nghĩ ra sau khi giải quyết các vấn đề thế hệ LO Điều này sẽ được giải thích trong các chương kế tiếp

3.1/ Bộ khuếch đại thấp, tiếng ồn

Đối với các lợi ích điện lớn, một thiết kế đa giai đoạn là bắt buộc Một hai giai đoạn cascode LNA được trình bày trong (hình 7) Hai giai đoạn giống hệt nhau và có 50Ω đầu vào / đầu ra Mặc dù cấu hình cổng thông thường cung cấp một băng thông rộng phù hợp với đầu vào, xem xét tiếng ồn tương đối lớn hơn và tăng điện năng thấp hơn, điều này cấu trúc liên kết loại trừ khả năng là giai đoạn đầu vào Cảm thoái hóa, phổ biến trong một-GHz thiết kế thấp, làm giảm hiệu lực độ hỗ dẫn và do đó, điện tăng Trong cách tiếp cận của chúng tôi, các bóng bán dẫn cascode cung cấp sự cô lập đảo ngược và đảm bảo vô điều kiện ổn định Phù hợp với đầu vào được thực hiện với một m bị đẩy xuống đất với một 5pFL1 truyền phù hợp với chiều dài 155 tụ

Học viên : Cao Hữu Vinh Trang 8

điện Sản lượng cộng hưởng bao gồm đường dây truyền tải L3 với một phù hợp với sản lượng chia điện dung (C1 và C2) cho 50 IBIAS thiên vị hiện tại kiểm soát các điểm hoạt động của các giai đoạn cascode Khi CMOS kích thước quy mô xuống, sức đề kháng cửa khẩu (RG) thiết lập thấp hơn bị ràng buộc của tiếng ồn tối thiểu con số Tăng cường các yếu tố xếp là một cách hiệu quả để giảm tiếng ồn.Tuy nhiên, khi các yếu tố gấp vượt quá giá trị là 40, tiếng ồn từ RG đóng góp không đáng kể đến tổng số tiếng ồn Cực giới thiệu bởi cascade bóng bán dẫn phụ thuộc vào

độ hỗ dẫn M2 (M4) và nhiễm vào trong điện dung tại các nút cascode Như một hệ quả, ở tần số cao, giảm được năng lượng và đóng góp tiếng ồn của các bóng bán dẫn cascade nâng cao Vì vậy, tiếng ồn đầu vào gọi của một giai đoạn cascode sẽ tăng đáng kể Một bóng bán dẫn cascode lớn có thể được tha thứ nếu một giai điệu điện dẫn ra điện dung tại nút cascode m chiều dài hành vi Đường dây truyền tải 174µm như một cuộn dây, cải thiện kết hợp giữa các giai đoạn, bằng cách điều chỉnh đi hiệu quả của việc điện dung ký sinh tại nút nguồn Điều này làm tăng độ lợi của sân khấu bằng cách gần 20% Trong giai đoạn cascode truyền thống, sự đóng góp tiếng

ồn của M2 tăng từ 1% ở phạm vi thấp GHz đến 32%, 60GHz Khi các cộng hưởng điện dẫn được

sử dụng, đóng góp tiếng ồn của các thiết bị cascode được giảm xuống còn 4,6% tại 60GHz LNA CMOS với giai đoạn tăng liên thúc đẩy đã được thực hiện trong một quá trình kỹ thuật số CMOS 90-nm

hình 7 Hai giai đoạn cascode LNA được đẩy mạnh

Tiêu thụ điện năng của LNA hai giai đoạn 10%) và diện tích tổng cộng làvới tăng tăng là 10mW từ một nguồn cung cấp 1.2V (± 10%) và tổng cộng diện tích bề mặt 0.856 mm (Hình 8) cho thấy cách chụp vi ảnh con chip Có được sức mạnh đovà con số tiếng ồn của các LNA

Học viên : Cao Hữu Vinh Trang 9

được trình bày trong (Hình 9) Con số tiếng ồn (NF)gần 5dB ở băng tần 59-61GHz Trong cùng một băng tần số, có được sức mạnh là tốt hơn so với 19dB

Chip Area=0.856

hình 8 Hai giai đoạn cascode LNA: hình ảnh vi mạch

Học viên : Cao Hữu Vinh Trang 10

Hình 9 Hai giai đoạn cascode LNA: đo lường kết quả

3.2 Điều hòa / bộ trộn hài bậc 3

Giảm bớt - chuyển đổi I / Q trộn được sử dụng trong các dịch con đường nhận đến 60 GHz RF tín hiệu, khuếch đại của LNA, không trung gian tần số Trong thiết kế bộ trộn tổng thể, tăng sức mạnh, tính tuyến tính, đơn biên (SSB) con số tiếng ồn và điện năng tiêu thụ là các thông

số thiết kế quan trọng Những thông số này là không dễ dàng để đạt được cùng một lúc, đặc biệt

là ở 60 GHz Thông thường, một bộ trộn Gilbert tăng gấp đôi cân bằng được sử dụng như một công cụ chuyển đổi xuống, cho nó tạo ra biến dạng thậm chí đặt hàng ít hơn và đã cách ly tốt LO-IF Tuy nhiên, trong thiết kế một kết thúc của chúng tôi, nó là khá khó khăn để tạo ra sự khác biệt giữa tín hiệu đầu vào để trộn mà không có giai đoạn không phù hợp, có thể dẫn đến biến dạng thậm chí đặt hàng Ngoài ra, đối với một tản quyền lực nhất định, một máy trộn cân bằng duy nhất có đầu vào ít hơn gọi tiếng ồn hơn so với một cân bằng tăng gấp đôi

Vì vậy, một máy trộn cân bằng được sử dụng trong công việc này Hòa trộn cân bằng đơn

lẻ từ Fig.10 có thể hoạt động trong chế độ hòa hoặc tiểu-hòa (xem hình 11) tùy thuộc vào giai đoạn của LO tín hiệu có mặt tại các cửa của các cặp chuyển đổi M1 bóng bán dẫn đại diện dẫn lẫn nhau đầu vào, chuyển đổi tín hiệu điện áp đầu vào RF vào một dòng tín hiệu Điện trở được

sử dụng như tải đầu ra cho zero-IF/near zero-IF chuyển đổi

Hai bóng bán dẫn trên hoạt động trong cấu hình khác biệt giữa và được điều khiển bởi các tín hiệu LO chuyển đổi các bóng bán dẫn từ thấp tới cao gm Theo đó, hiện tại từ dẫn lẫn nhau được gửi đến khác biệt giữa các ngành và chuyển đổi tần số mong muốn Cách kết nối dẫn lẫn nhau, cốt lõi chuyển mạch và điện trở tải, gây khó khăn cho giữ tất cả các bóng bán dẫn trong khu vực bão hòa của họ ở cấp điện áp 1.2V

Học viên : Cao Hữu Vinh Trang 11

Hình 10 Bộ trộn điều hòa đơn ổn định

Trong số các sự điều biến qua lại gây ra bởi phi tuyến, các sản phẩm thứ hai và thứ ba để

sự điều biến qua lại là mối quan tâm của chúng tôi, họ có thể tạo ra sideproducts trong dải gốc IF hoặc tại Việc đạt được chuyển đổi có thể được tạm ước tính họ có thể tạo ra được chuyển đổi của độ hỗ dẫn và trở kháng đầu ra Nếu tín hiệu LO chuyển đổi được đưa ra bởi một làn sóng vuông lý tưởng với biên độ 1, bỏ qua các điều kiện để cao hơn và hiện tại lên chuyển đổi biên ở đầu ra, chúng tôi nhận được chuyển đổi điện áp:

áp LO ổ đĩa lớn hơn Một có thể giải pháp là hiện chảy máu Để giảm bớt sự đóng góp tiếng ồn

từ các chảy máu đường dẫn, một điện trở thay vì sử dụng thiết bị hoạt động tạo ra sự chảy máu hiện hành Chảy máu hiện tại cho phép kiểm soát độc lập của dòng DC cặp chuyển đổi giảm cống hiện tại của các thiết bị chuyển mạch mà không có transconductor hiệu suất suy thoái Điều

Học viên : Cao Hữu Vinh Trang 12

này dẫn đến một chuyển đổi cao hơn đạt được bằng cách sử dụng điện trở tải cao hơn Tuy nhiên, phương pháp này làm giảm transconductance của các thiết bị chuyển mạch, tăng trở kháng tại nguồn thiết bị đầu cuối của các thiết bị chuyển mạch Điều này gây ra RF dòng chảy hiện tại vào các vật ký sinh tụ điện tại nút nguồn Kết hợp những lợi thế của hai giải pháp này, một điện dẫn vào nút nguồn được sử dụng để cộng hưởng với điện dung ký sinh,cho phép nhất hiện nay được sản xuất bởi M1 chảy các thiết bị chuyển mạch Một tăng chuyển đổi năng lượng của 4dB và con số tiếng ồn của 8.6dB là có thể với điều này cấu hình Các mạch tương tự có thể được vận hành trong một chế độ sub-hài hòa như được đề xuất bởi hình 11 Đối với sự hiểu biết tốt hơn, trong bốn giai đoạn LO ở 30GHz (WRF / 2) là phác thảo Hãy cho chúng tôi giả định rằng các bóng bán dẫn chuyển đổi M2 M5 bật / tắt hoàn toàn bởi các tín hiệu LO Các dòng chảy trong chuyển đổi cặp được cho bởi:

Theo dự kiến, hai dòng này trong giai đoạn chống và rõ ràng, LO thứ hai hài hòa sẽ kết hợp với tín hiệu RF để sinh ra nhịp-tiếng tại IF So với hòa trộn một máy trộn hài hòa phụ có vấn

đề tự trộn nhỏ, nhưng nó có được chuyển đổi thấp hơn và kém hơn con số nhiễu

Học viên : Cao Hữu Vinh Trang 13

Hình 11.Phụ điều hòa bộ trộn cân bằng đơn

3.3.Tần số dải phân cách

Trong một hệ thống điều chỉnh tần số giai đoạn đầu tiên của chia tần số là một thành phần quan trọng do yêu cầu của tần số cao, băng thông rộng và độ nhạy đầu vào cao Các tần số cao thường được sử dụng chia kiến trúc tĩnh, Máy phay và sự phun bị khóa Mặc dù, hai cấu hình sau có thể đạt được tần số cao với mức tiêu thụ điện năng thấp, họ vốn thu hẹp băng tần Vì vậy, họ không phải là hoàn toàn phù hợp cho các băng thông 7GHz yêu cầu trên toàn thế giới cho các băng tần 60GHz Trong so sánh tần số tĩnh, chia băng thông rộng nhưng tiêu thụ nhiều năng lượng hơn Trong phần này chúng tôi trình bày một chia tần số tĩnh được cải thiện với hoạt động băng thông rộng Như một phím cho phép thành phần, một điện dẫn nhỏ gọn, ngăn xếp, đã được sử dụng trong các chốt và bộ đệm đầu ra Các bộ đệm đầu ra, đế trên máy nhân đôi fT được bao gồm cho các mục đích đo lường

Sơ đồ khối của một chia 2:1 tần số thông thường tĩnh được hiển thị trong (hình 12) Nó bao gồm hai tầng (tổng thể và các phần phụ) D-chốt ngược -pha xung đồng hồ ổ D-chốt và hoạt động phân chia đạt được bằng cách kết nối các nô lệ đảo ngược kết quả đầu ra để làm chủ chốt đầu vào D- Mỗi chốt D dựa trên logic MOS chế độ hiện hành (MCML) và bao gồm các bóng bán dẫn dữ liệu: M1,M2 và các bóng bán dẫn chốt: M3, M4 như thể hiện trong hình 13 Logic MCML đặc trưng bởi các biến động điện áp nhỏ, do đó tốc độ chuyển đổi cao, liên tục tiêu thụ điện năng và khả năng miễn dịch tiếng ồn do để hoàn thành sự khác biệt giữa kiến trúc Tần số hoạt động tối đa của chia phụ thuộc vào tốc độ của CML chốt, mà lần lượt được giới hạn bởi

Học viên : Cao Hữu Vinh Trang 14

công nghệ, ký sinh trùng điện dung của các thiết bị và bố trí gắn vào Trong thiết kế này, hiệu lực của sau hai đã được giảm thiểu bằng cách tối ưu hóa mạch chốt-D và tối ưu bố trí của các chia

So sánh thiết kế trước đó được công bố, có sử dụng kích thước tương tự cho các dữ liệu và các bóng bán dẫn chốt, thiết kế này có khác nhau kích thước cho cùng, như phác thảo trong hình.13

Hình 12 Bộ chia tần số tĩnh với bộ đệm đầu ra

Học viên : Cao Hữu Vinh Trang 15

Hình 13.MCML D-Chốt cho bộ chia tĩnh

Những phản hồi tích cực giữa M3 và M4 ngụ ý rằng chỉ có một dòng nhỏ là yêu cầu của phần chốt để có một quyết định khó khăn giữa các mức cao và thấp của đầu ra Tham số mô phỏng cho thấy chiều rộng tối ưu của các bóng bán dẫn M3 và M4 là 5 / 8 lần chiều rộng của M1 (M2) Ngoài ra, các bóng bán dẫn chốt nhỏ hơn cung cấp ít điện dung vật ký sinh tại các nút đầu

ra của M1 và M2 và do đó tăng cường tốc độ chuyển đổi của truyền điện tích giữa chúng Khi các bóng bán dẫn chốt không yêu cầu hiện tại giống như các bóng bán dẫn dữ liệu, lựa chọn các kích thước khác nhau cho các bóng bán dẫn M6 và M7 điều khiển phân phối hiện tại Các bóng bán dẫn thứ hai được thêm vào để duy trì cấu trúc khác biệt cho các đầu vào đồng hồ và tránh bất

kỳ sự mất cân bằng Việc tiêu thụ hiện tại trong các dữ liệu và các bóng bán dẫn chốt là 12mA và 9mA Các kích thước tối ưu cho bóng bán dẫn M6 và M7 được thể hiện trong hình.13 mạch mắc

rẽ cuộn cảm L1, trong loạt với điện trở RL, bao gồm hoạt động băng thông rộng

Điện dẫn mạch mắc rẽ đạt đỉnh (L1) được thực thi trong một cấu trúc khác biệt với điểm trung tâm kết nối với VDD và giá trị của nó là 125pH Một yếu tố chất lượng cao Q không phải

là các điện trở tải kết nối trong loạt với điện dẫn xác định Q Bằng cách thực hiện nó như là một điện dẫn xếp chồng lên nhau bằng cách sử dụng bốn lớp kim loại hàng đầu có hiệu lực, các khu vực của điện dẫn được giảm thiểu Kim loại 1 được sử dụng như một cấu trúc xương cá bên dưới điện dẫn cho cách ly tốt hơn

điện dung Hai lớp liên tiếp (ví dụ như M6 và M5) được thay thế bằng một chiều rộng bằng kim loại do đó, điện dung vật ký sinh chỉ hiện diện giữa các lớp, ngay cả (M6, M4) và các lớp lẻ (M5, M3) Các kim loại điện dung chất nền cũng được giới hạn M3 Giả sử chiều dài kim loại của mỗi lượt một nửa của điện dẫn là L1, L2, l2n, chiều rộng bằng kim loại như W, kim loại kim loại

Học viên : Cao Hữu Vinh Trang 16

điện dung chồng chéo lên nhau như CMM (k) và kim loại điện dung chất nền Cm-s (k) tổng điện dung vật ký sinh theo ước tính của mô hình điện dung phân phối bằng cách sử dụng (5) và (6):

Trong nhiều trường hợp, sản lượng bộ đệm quá tải các mạch quan trọng, làm giảm hiệu suất của họ Điều này đúng trong trường hợp chia tần số, do đó, việc thiết kế của bộ đệm đầu ra

nỗ lực để giảm thiểu tải điện dung tại các nút đầu ra của chốt Nó bao gồm một giai đoạn khác biệt, sửa đổi vào một giai đoạn nhân đôi fT bằng cách thêm các bóng bán dẫn M2 và M3 như được trình bày trong hình.14 Thiết lập này khoảng nửa điện dung Công ty Cgs so với một giai đoạn khác biệt giữa (giữ độ hỗ dẫn không đổi) và cũng làm tăng băng thông thống nhất lợi của

bộ đệm Mạch mắc rẽ nhỏ gọn đạt đỉnh điện dẫn được thiết kế cho các chốt-D được sử dụng lại trong bộ đệm mà không gia tăng đáng kể trong khu vực

Một thiết kế khác biệt này được áp dụng trong cả hai chốt-D và bộ đệm đầu ra, bố trí được giữ như đối xứng càng tốt Các kết quả đầu ra vuông góc sử dụng dòng 50_transmission các tấm lót trái phiếu Bốn RF đầu ra và hai miếng đệm đầu vào RF cho các phép đo Do những hạn chế bệ trái phiếu khu vực chip là 0.9x 0.7mm2 Tuy nhiên, khu vực hoạt động là ít hơn một nửa giá trị trên Hiển vi chip được hiển thị trong hình.15 Chia được đo trên vi mạch với đầu dò khác biệt giữa tần số cao (GSGSG) 180 ° lai ghép cung cấp cho các giai đoạn đầu vào đồng hồ yêu cầu chống Độ nhạy đầu vào đo như là một hàm của tần số được hiển thị trong Hình.16

Học viên : Cao Hữu Vinh Trang 17

Hình 14 Bộ đệm đầu ra