Design of Doubler for Microwave and Millimeter-wave Applications

在微波與毫米波頻段，高頻的振盪信號是不容易實現的，其相位雜音和可調範圍往往都會受限於寄生效應，因此藉由設計一個低頻的壓控振盪器串接倍頻器的方式，可以提高設計振盪器的彈性且也會有較好的相位雜音。而近年來因半導體製程的研發與進步，產生了相當多由主動式元件組成的倍頻器架構，因此利用主動元件去設計特性好的二倍頻器，是一個相當值得探討的主題。本論文的主題在於利用0.18微米互補式金氧半導體製程和0.35微米矽鍺互補金屬氧化半導體製程設計，設計出寬頻且特性良好的二倍頻器。論文主要可以分成兩大部分，第一部份介紹二倍頻器的功能，基本設計原理和設計架構考量。第二部份討論寬頻分佈式倍頻器的原理，本論文提出三個寬頻的分佈式二倍頻器，並說明其架構及設計的原理。第一個電路使用台積電0.18微米互補式金氧半導體製程，成功的實現一個輸出頻率為14至24 GHz 的寬頻分佈式二倍頻器。第二個電路也是使用台積電0.18微米互補式金氧半導體製程，為了去降低其所需的輸入功率、較好的轉換損耗和較好的基頻抑制，成功的實現一個18~26 GHz的電流再利用分佈式二倍頻器。最後一個電路是利用台積電0.35微米矽鍺互補金屬氧化半導體去設計一個平衡分佈式倍頻器，此架構平衡式二倍頻器有寬頻的基頻抑制效果，不需要額外的濾波器去抑制基頻信號。又因為被動的平衡不平衡轉換器需要較多的輸入功率，因此實現一個4~20 GHz使用主動平衡不平衡轉換器的平衡分佈式二倍頻器。