一种直接数字式、调制灵活且功能多样的谐波调制器，与频率倍增器共同设计，用于亚太赫兹（Sub-THz）可扩展阵列中的组合调制和上转换应用

《IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques》：A Direct-Digital, Modulation-Agile, and Multifunctional Harmonic Modulator, Co-Designed With Frequency Doubler for Combined Modulation and Up-Conversion in Sub-THz Scalable Arrays

本文提出一种集成式直接数字频率倍增器，支持BPSK、QPSK和Star-QAM调制，工作频率140 GHz，采用可调耦合器和MOS变容器补偿相位误差，实现5-14.5 Gb/s数据速率和-12.4至-13 dB EVM，基于90nm SiGe BiCMOS工艺，功耗40 mW，面积0.8 mm2。

　　

摘要：

本文介绍了一种直接数字式、调制灵活且集成了调制器的频率倍增器。该倍增器能够在保持输入和输出阻抗恒定的前提下，仅通过修改二进制数据序列（位），实现以下功能：1）生成二进制相移键控（BPSK）、正交相移键控（QPSK）和Star-QAM信号；2）在140 GHz频率下完成频率上转换/倍增。该倍增器的核心部分是一个推-推型频率倍增器（PPFD），其公共节点（CN）集成了开关，从而支持幅度移键控（ASK）功能。四个PNF负载的PPFD在笛卡尔平面（0°、90°、45°和135°）上的排列是通过集成以下组件实现的：1）一个半正交威尔金森功率分配器（HQ-WPD）；2）两个可调的90°耦合（CPL）线耦合器，这些组件共同构成了QPSK调制方式。基于合适的数据序列，两个正交的二次谐波波形由PPFD同时产生，并通过威尔金森功率合成器组合，最终形成Star-QAM信号。此外，MOS变容器和线路放大器（LAs）用于消除相位和增益不平衡问题，从而提高了误差矢量幅度（EVM）。具体参数如下：BPSK的数据速率为5 Gb/s，EVM为-12.4 dB，比特效率为8 pJ/bit；QPSK的数据速率为10 Gb/s，EVM为-11 dB，比特效率为4 pJ/bit；Star-QAM的数据速率为14.5 Gb/s，EVM为-13 dB，比特效率为2.75 pJ/bit。该电路采用GlobalFoundries 90 nm SiGe BiCMOS工艺实现，转换增益为-9.7 dB，最大输出功率为-5 dBm，功耗为40 mW，芯片占用面积为0.8 mm2。