[发明专利]基于GaAs HBT器件的超高速8/9双模预分频器

说明书

技术领域

本发明属于集成电路设计技术领域，涉及分频器，尤其涉及一种基于GaAs HBT器件的超高速8/9双模预分频器，可用于超高速频率合成器中。 

技术背景

基于锁相环PLL的频率合成器是通讯系统中收发器前端电路的重要组成部件。随着通信技术的发展，无线通信频段不断提高，甚至到达了几十GHz，这样就要求设计相应的高速锁相环。 

锁相式频率合成器是由鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器、压控振荡器以及可编程分频器组成，如图1所示。其中可编程分频器和压控振荡器是工作在最高频的两个模块。因此提高可编程分频器的速度等于解决了频率合成器速度上限中的一个瓶颈。 

可编程分频器一般由程序分频器或预分频器加上程序分频器组成。如果可编程分频器只含有程序分频器，而没有预分频器，可编程分频器的最高工作频率就会因为程序分频器的工作频率较低而受到限制。为了解决这个问题，常用预分频器将VCO输出的频率分频到较低频率区处理。预分频器是由二的幂次方来分频，常用的有单模、双模和四模预分频器。但由于采用单模预分频器时，如果要获得原先同样的频率分辨力，就需要牺牲转换时间来换取分辨力，所以业界一般都采用双模或更多模预分频器，其中最常用的为双模预分频器。而双模预分频器中常用的是2/3双模预分频器、4/5双模预分频器和8/9双模预分频器。由于超高速频率综合器所需的分频比较高，所以一般都采用8/9双模预分频器。一般采用8/9双模预分频器的可编程分频器的电路示意图，如图2所示。 

目前，8/9双模预分频器一般都采用MOS管搭建。如文献“2008 IEEE Radio Frequency Integrated Circuits Symposium，pp.434-434《Sub-mW Multi-GHz CMOS Dual-Modulus Prescalers Based on Programmable Injection-Locked Frequency Dividers》”报道了由Xiaopeng Yu、Jianjun Zhou、Xiaolang Yan等人设计的一个8/9双模预分频器，其功耗为0.29mW，可工作到5.5GHz。文献“2009 International Conference on Emerging Trends in Electronic and Photonic Devices & Systems(ELECTRO-2009)，pp.173-176《Design of a Low-Power 10GHz Frequency Divider using Extended True Single Phase Clock(E-TSPC) Logic》”也报道了由Amin Bazzazi和Abdolreza Nabavi仿真出的一个分频器，该分频器中的8/9双模预分频器由于采用MOS管搭建，因而存在如下缺点： 

1)处理VCO输出的高频频率较困难； 

2)相位噪声高，使预分频器输出的信号纯度不够； 

3)工作速度慢，不适合应用于高速频率综合器； 

4)高低温特性和抗辐照性能差。 

发明内容

本发明的目的在于避免上述已有技术的缺点，提出一种基于GaAs HBT器件的超高速8/9双模预分频器，以方便处理压控振荡器输出的高频频率，降低相位噪声，提高工作速度和高低温特性及抗辐照性能。 

为实现上述目的，本发明包括： 

2/3双模分频器，用于根据模式选择逻辑电路的输出信号对来自压控振荡器的高频信号除以2或3，得到输出信号送给异步除4分频器； 

异步除4分频器，用于对2/3双模分频器的输出信号进行4分频后输出，并另外产生两个输出信号送给模式选择逻辑电路； 

模式选择逻辑电路，用于接收程序分频器的输出信号和异步除4分频器的两个输出信号，得到的输出信号送给2/3双模分频器； 

其特征在于：2/3双模分频器包括两个嵌入与非门的D触发器，每个嵌入与非门的D触发器中的晶体管均采用GaAs材料的单异质结双极晶体管，该单异质结的材料为InGaP/GaAs； 

异步除4分频器包括两个异步连接的D触发器，每个D触发器中的晶体管均采用GaAs材料的单异质结双极晶体管，该单异质结的材料为InGaP/GaAs； 

模式选择逻辑电路包括一个三输入或非门和一个非门，这两个逻辑门均采用GaAs材料的单异质结双极晶体管，该单异质结的材料为InGaP/GaAs。