一种基于65纳米CMOS技术、采用半波长元件间距的300吉赫兹2维可扩展4×4相控阵接收器

《IEEE Journal of Solid-State Circuits》：A 300-GHz 2-D Scalable 4 × 4 Phased-Array Receiver With Half-Wavelength Element Spacing in 65-nm CMOS

　　

摘要：

本文介绍了一种基于65纳米CMOS技术的300吉赫兹、二维可扩展的相控阵接收器，其元件间距为半波长。为提升可扩展性，本文提出了一种基于耦合振荡器阵列的混合本地振荡器与中间频率波束成形方案，同时还设计了一种在石英上实现的低面积开孔耦合天线。该耦合振荡器阵列可作为分散式的紧凑型本地振荡源，对中间频率网络产生的干扰较低，这对于提升相控阵的可扩展性至关重要。此外，它还具有内置的相位控制功能，从而减少了专用移相器的面积需求。为指导这种相位控制方案的设计，本文分析了非理想本地振荡器相位变化对波束成形性能的影响。这种低面积开孔耦合天线采用在两面都带有金属化的石英基板，底部石英表面的槽形接地平面可将贴片天线与芯片上的电路隔离开来，从而能够在贴片天线下方实现电路集成，进而提升相控阵的可扩展性。该相控阵接收器在X轴方向的调谐范围为±40°，在Y轴方向上则为±24°。测量结果显示，其射频3dB带宽为293–307吉赫兹，最小噪声系数为23.6分贝，芯片的直流功耗为1.4瓦特。