[go: up one dir, main page]

SE519915C2 - Anordning och metod vid spänningskontrollerad oscillator - Google Patents

Anordning och metod vid spänningskontrollerad oscillator

Info

Publication number
SE519915C2
SE519915C2 SE9903219A SE9903219A SE519915C2 SE 519915 C2 SE519915 C2 SE 519915C2 SE 9903219 A SE9903219 A SE 9903219A SE 9903219 A SE9903219 A SE 9903219A SE 519915 C2 SE519915 C2 SE 519915C2
Authority
SE
Sweden
Prior art keywords
substrate
resonator
transistor
components
circuit
Prior art date
Application number
SE9903219A
Other languages
English (en)
Other versions
SE9903219L (sv
SE9903219D0 (sv
Inventor
Mats Alexandersson
Original Assignee
Ericsson Telefon Ab L M
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ericsson Telefon Ab L M filed Critical Ericsson Telefon Ab L M
Priority to SE9903219A priority Critical patent/SE519915C2/sv
Publication of SE9903219D0 publication Critical patent/SE9903219D0/sv
Priority to PCT/SE2000/001651 priority patent/WO2001018951A1/en
Priority to AU73260/00A priority patent/AU7326000A/en
Priority to US09/658,103 priority patent/US6606006B1/en
Publication of SE9903219L publication Critical patent/SE9903219L/sv
Publication of SE519915C2 publication Critical patent/SE519915C2/sv

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03BGENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/02Details
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03BGENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/08Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance
    • H03B5/12Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device
    • H03B5/1203Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device the amplifier being a single transistor
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03BGENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/08Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance
    • H03B5/12Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device
    • H03B5/1231Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device the amplifier comprising one or more bipolar transistors
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03BGENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/08Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance
    • H03B5/12Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device
    • H03B5/1237Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device comprising means for varying the frequency of the generator
    • H03B5/124Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device comprising means for varying the frequency of the generator the means comprising a voltage dependent capacitance
    • H03B5/1243Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device comprising means for varying the frequency of the generator the means comprising a voltage dependent capacitance the means comprising voltage variable capacitance diodes
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03BGENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/08Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance
    • H03B5/12Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device
    • H03B5/1296Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising lumped inductance and capacitance active element in amplifier being semiconductor device the feedback circuit comprising a transformer

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inductance-Capacitance Distribution Constants And Capacitance-Resistance Oscillators (AREA)

Description

l5 20 25 30 519 915 z Varje oscillator är ett system som varierar periodiskt i tiden, och dess tidsvarierande beskaffenhet måste övervägas vid modellering av fasbrus. Bruskällan i kretsen kan delas in i två grupper: anordningsbrus såsom termiskt brus, hagelbrus och fladderbrus; gränssnittsbrus såsom substratbrus och försörjningsbrus.
Vid utformning av en resonatorkrets för en spänningsstyrd oscillator (VCO) används vanligen varaktordioder som spänningsstyrda kondensatorer. Dessa utförs fördelaktigt på GaAs (gallium arsenik) eller Si (kisel) ~substrat. GaAs är emellertid att föredra eftersom ett avsevärt bättre Q-värde erhålls för resonatorkretsen som helhet. Detta beror på det faktum att både varaktordioder och plana induktionsspolar uppvisar bättre funktion på GaAs i förhållande till Si. I synnerhet innefattar resonatorkretsen en induktor, vilken är en metallisk spole ordnad direkt på halvledarsubstratet. Eftersom det är fördelaktigt att ordna induktionsspolen på ett isolerande substrat, så är ett GaAs-substrat, vilket är avsevärt mer isolerande, att föredra frarnför ett Si-substrat som är halvisolerande. Samma sak gäller en transmissionsresonansledning med mikroremsa. En resonator med variabel resonans är beskriven i den svenska patentansökan nr 9900850-0, Varaktorkopplad monolitisk resonator med högt Q-värde (resonatortillärnpning).
Skillnadema mellan GaAs och Si är speciellt tydliga för frekvenser högre än några GHz, vilket i sj älva verket förhindrar användande av Si för att producera LC-resonansstrukturer därpå.
Som nämns ovan innefattar oscillatorn en andra förstärkardel, vilken företrädesvis är en reflektionsförstärkare. I ett föredraget utförande som bygger på en transistor har reflektionsförstärkaren en förstärkningsmängd som behövs för att övervinna förlustema i resonatom och på detta sätt erhålla en sj älvsvängning. En utmatning ordnas vid en lämplig punkt i förstärkaren, och kopplas till signalkedj an.
Kända transistortekniker på GaAs är till exempel MESFET (Metall-Schottky Fälteffekttransistor), PHEMT (Pseudomorfisk Hög Elektronmobilitetstransistor) och HBT (Olikskiktad Bipolär Transistor). I allmänhet erbjuder PHEMT god förstärkning vid höga frekvenser, MESFET är billig att tillverka och HBT har hög verkningsgrad, positiv spänningsförsöijning och god linjäritet. 10 15 20 25 30 5193915 . . . , . .
På Si används i allmänhet CMOS och bipolära processer. Utvecklingen av Si-transistorer har lett till transistorer tillämpbara för frekvenser upp till 10 GHz. SiGe-tekniken tillhandahåller mycket högre cutoff-frekvenser och dess prestanda kan helt klart jämföras med GaAs- processema. Si-baserade processer har dessutom avsevärda fördelar med hänsyn till priset.
Ett krav på en transistor som skall användas i en oscillator är att transistorn har ett lågt 1/ f- brus. Följaktligen konverteras detta lågfrekventa brus upp genom kretsens icke-linjäritet till fasbrus. Följaktligen påverkas dessutom de icke-linj ära egenskaperna hos transistom, vilka är av intresse. l/f-bruset är i huvudsak ett ytfenomen, vilket betyder att transistorer med vertikal struktur, såsom bipolära transistorer, har ett lägre l/f-brus än ytorienterade transistorer, såsom MESFET och PHEMT. Omkopplingsfrekvensen för l/f-brus för de olika transistorema ligger typiskt i intervallet från > l MHz för GaAs PHEMT och MESFET, > 100 kHz för GaAs HBT och > 10 kHz för Si BJ T. Slutsatsen blir att på GaAs är HBT-teknik vanligen att föredra vid framställning av oscillatorer. Emellertid skulle den ännu lägre omkopplingsfrekvensen för de bipolära Si-transistorema kunna minska fasbruset ytterligare om det vore möjligt att utnyttja dessa transistortyper.
Bland GaAs-HBT finns två huvudgrupper med olika material i emittorskiktet: AlGaAs / GaAs-HBT och InGaP / GaAs-HBT. Olika tillverkare använder olika material. I HBT med AlGaAs uppträder så kallade djupa elektronfillor på grund av aluminiuminnehållet.
Fälloma aktiveras av värme och fångar och släpper elektroner med vissa tidskonstanter, vilket ger upphov till en störning i det enhetliga flödet av elektroner. Stömingen uppträder som ett brus, vilket antar Lorentziskt fonnade spektrai frekvensintervallet mellan 10 kHz och 1 MHz.
Detta ärr ytterligare ett bidrag av lågfrekvent brus som kan omvandlas till fasbrus i en oscillator, och det brukar i allmänhet benämnas generations-rekombinationsbrus (g-r-brus) eller "skurbrus". Brusets temperaturberoende orsakar temperaturvariationer av fasskuren i en oscillator tillverkad av nämnda typ av transistorer. HBT med InGaP i emittorskiktet är i allmänhet fria från den nämnda typen av elektronfällor. En tillverkare använder emellertid en av processema, vilket betyder att det inte alltid är möjligt att välja en specifik transistortyp.
De djupa elektronfállorna är inte närvarande i de kiselbaserade transistorema, och detta gör dem fria från -r-brus, vilket är en fördel vid utfominin av transistorer. 8 l0 15 20 25 30 519 915 4 Beskrivning av känd teknik De kända lösningarna till problemet med att tillverka bredbands-VCO, i synnerhet med MMIC-tekniken är: Eftersom genomförandet av hyperabrupta varaktordioder på en MMIC inte är möjligt med hjälp av någon av de kända standardprocessema, så är dessa vanligen belägna utanför chipen.
I allmänhet är hela resonatorkretsen 110 (Fig. l) ordnad utanför chipen 100 för att erhålla en bättre Q-faktor. Produktionen är dyrare på grund av de ytterligare kostnadema för varaktordioden. Prestanda förbättras ej jämfört med en konstruktion med hela resonatom på en enda chip. Det är inte heller möjligt att använda de inkapslade varaktorerna vid frekvenser högre än omkring 5 GHz på grund av parasitreaktansema i kapseln, eftersom varaktordiodema i chipform är svåra att binda till.
Det är även möjligt att ordna hela VCO på en Si eller SiGe om så kallad 3D-teknik används, i vilken dielektriska skikt är ordnade ovanpå chipen, och ett nytt jordplan och ovanför detta ett nytt ledande skikt tillhandahålls. Det är alltså möjligt att genomföra induktorer med små förluster. Icke desto mindre är varaktordioderna fortfarande i kisel, och därför är de sämre än dioder i GaAs. Följaktligen har hela lösningen en tendens att bli sämre.
EP 523 564 beskriver en förbättrad oscillerande krets för användning i mikrovågsfrekvensband med minskad effektförlust och mindre i vertikal storlek. Den lokala oscillerande kretsen innefattar en MMIC-oscillator innefattande en FET och en resonator kopplad till denna för att stabilisera oscillatoms oscilleringsfrekvens. Resonatom är ringforrnad och ordnad så nära som några um till några tiotals um från en förutbestämd position för en mikrokopplingsplint, vilken bildar en återmatningsslinga kopplad till den FET som bildar oscillatom. Dessutom är resonatom en tunn film som bildas genom att deponera ett material som är supraledande vid hög temperatur. Som exemplifierande utföranden kan YBCO, niob och liknande användas som material vilka är supraledande vid hög temperatur.
Dessutom är en del av mikrokopplingsplinten, närmast resonatom, koncentriskt arrangerad med denna för att bilda en cirkulär bågdel vars centrala vinkel är satt till 90°. Ändamålet med EP 893 878 är att tillhandahålla en högfrekvensoscillerande krets som inte har egenskaper såsom ett signalbrusförhållande som bryts ner av yttre elektromagnetiska 10 15 20 25 30 5195 915 störningar. Basema i en första och en andra oscillerande transistor kopplas samman direkt eller via en kondensator som har en tillräckligt låg impedans vid en oscilleringsfrekvens och i vilken en differentialsignalutmatning erhålls från en punkt mellan emittorema i den första och den andra oscillerande transistom i form av en oscillerande utrnatning. En resonator, varaktordioder, och kondensatorer och drosslar som utgör en resonerande krets för en oscillerande krets-IC integreras tillsammans som en modul, skild från en krets för generering av negativ resistans vilken innefattar transistorer konfigurerade som en IC.
EP 627 812 hänför sig till en spänningsstyrd plan oscillator med en mikrovågstransistor som den aktiva komponenten och ett frekvensbestärrirnande omkopplingsnätverk kopplat till denna, vilket innehåller en varaktordiod och en dielektrisk resonator. För att kunna integrera en sådan oscillator monolitiskt på en så liten chip som möjligt förslås det att den dielektriska resonatom kopplas till omkopplingsnätverket via en första mikrokopplingsplint, och att mikrovågstransistom kopplas till en ände av mikrokopplingsplinten med en första av sina tre grindar via varaktordioden.
Enligt DE 195 07 786 har en oscillator en supraledande resonator och åtminstone en anordningskopplad konduktor mellan första och andra multiskiktssubstraten, och har en plan struktur. En resonator är fixerad vid det andra substratet; och substraten är ömsesidigt inriktade och fasta vid varandra och innefattar ett första GaAs-skikt på vilket en konduktor eller resonatom är fast, ett mellanliggande skyddsskikt, företrädesvis av Si3N4, respektive ett andra YBazCugOy-deltaskikt.
För att underlätta en kompakt och billig framställning utan att minska resonatoms Q genom att bilda en inställningskrets inuti en MMIC och utforrna resonatom av en yttre resonanskrets kopplad till denna, så offentliggör JP 829 37 28 en spänningsstyrd MMIC-oscillator (MMIC- VCO), vilken innefattar inställningskretsen för frekvensmodulering i en MMIC och endast bildar en mikrobandresonansledning eller ett dielektriskt resonanselement bestående av resonatom eller den yttre kretsen i MMIC: n. Denna mikrobandresonansledning eller detta dielektriska resonanselement kopplas till MMIC: n med hjälp av trådbindning eller bandbindning. Därför kommer, eftersom mikrobandresonansledningen eller det dielektriska resonanselementet som skall vara resonator tillhandahålls som en yttre resonanskrets, resonanskretsens Q inte att sänkas, och när MMIC-VCO: n framställs är det inte nödvändigt att nyframställa ytterligare en inställningskrets. 10 15 20 25 30 5196915 Sammanfattning av uppfinningen Huvudändamålet med den föreliggande uppfinningen är att tillhandahålla ett arrangemang som kombinerar fördelarna av de två olika teknikerna, till exempel GaAs och Si, och därigenom tillhandahåller en lösning på ovan nämnda problem och nackdelar.
Arrangemanget enligt den föreliggande uppfinningen tillhandahåller en bredbandsoscillatorkrets som har mycket lågt fasbrus, eller till och med inget fasbrus alls, lågt l/f-brus och en mycket hög Q-faktor jämfört med de kända anordningama. l den i början nämnda oscillatom innefattar av dessa skäl det första substratet åtminstone två ytterligare substrat: ett andra i huvudsak isolerande substrat och ett tredje i huvudsak halvledande substrat, och av att åtminstone nämnda transistor är ordnad på nämnda tredje substrat medan nämnda första och andra uppsättning av komponenter är ordnade på närrmda andra i huvudsak isolerande substrat.
I det mest föredragna utförandet ordnas transistom och nämnda andra uppsättning komponenter på nämnda åtminstone tredje substrat. Fördelen med detta utförande är att små variationer i kopplingstråden orsakar små variationer i fasförskjutningen, vilket ger små variationer av fasen, men försumbara variationer i fasbruset.
Företrädesvis är transistom och / eller närrmda andra uppsättning av komponenter på nämnda tredje substrat kopplade till nämnda resonator på nämnda andra substrat med hjälp av kopplingstråd.
Det andra substratet är företrädesvis en av galliumarsenid (GaAs), indiumfosfid (InP) galliumnitrid (GaN) lndiumarsenid (lnAs), metamorfiska tekniker i form av ett tunt skikt på InP på en skiva av GaAs, eller olika typer av fälteffekttransistortekniker, och nämnda tredje substrat (230) är en av kisel (Si), kisel gennanium (SiGe) kiselkarbid (SiC) eller liknande.
F öreträdesvis, men inte nödvändigtvis, är nämnda förstärkare en reflektionsförstärkare. Den andra uppsättningen "v komponenter innefattar en första och en andra återmatningskondensator, av vilka nämnda första kondensator kopplar emittom i transistom till dess bas och nämnda andra kondensator kopplar en terminal för utmatad signal till jord. 10 15 20 25 30 5197 915 I ett utförande innefattar resonatom en induktor parallellt med en resonatorkondensator, innefattande två antiseriellt kopplade första och andra varaktordioder, där varaktordioderna är kopplade genom sina anoder till en svepspänning genom vilken resonatorkondensatom varieras. Resonatom innefattar dessutom en kondensator kopplad till en tredje varaktordiod för koppling av resonatom till förstärkaren.
Företrädesvis är det första bärarorganet ett av nämnda andra eller tredje substrat.
Uppfinningen angår även en metod för att ordna en oscillator innefattande ett forsta substrat på vilket en resonatorkrets och en förstärkarkrets. Resonatorkretsen innefattar en första uppsättning komponenter och nämnda förstärkarkrets innefattar en andra uppsättning av komponenter och en förstärkande transistor. Metoden innefattar stegen att: på nämnda första substrat ordna åtminstone två ytterligare substrat och ett tredje i huvudsak halvledande substrat; ordna åtminstone nämnda transistor på nämnda åtminstone tredje substrat medan nämnda första och andra uppsättning av komponenter ordnas på nämnda andra i huvudsak isolerande substrat. Metoden innefattar dessutom steget att ordna nämnda transistor och nämnda andra uppsättning av komponenter på nämnda tredje substrat.
Kortfattad beskrivning av ritningarna I det följande kommer uppfinningen att beskrivas närmare med hänvisning till de medföljande ritningama i vilka: F ig. l är ett blockdiagram över ett arrangemang i enlighet med känd teknik; F ig. 2 är ett blockdiagram som visar uppfinningens princip; Fig. 3 illustrerar ett kopplingsschema enligt ett första utförande av uppfinningen; F ig. 4 är ett kopplingsschema över en resonator med variabel frekvens; Fig. 5 illustrerar ett likvärdigt kopplingsschema i enlighet med utförandet enligt Fig. 3; Fig. 6 illustrerar ett kopplingsschema i enlighet med ett andra utförande av uppfinningen; Fi g. 7 illustrerar ett likvärdigt kopplingsschema i enlighet med utförandet i Fig. 6; och Fig. 8 är ett blockdiagram som illustrerar en förstärkare med positiv återrnatning. 10 15 20 25 30 5198915 Detaljerad beskrivning av utförandena Huvuddraget i uppfinningen är att ordna resonatorkretsen på ett isolerande substrat, såsom GaAs och åtminstone en dela av reflektorkretsarna på ett halvledande substrat, såsom Si eller SiGe.
Blockdiagrammet i Fig. 2 visar huvuddelama i en spänningsstyrd osci1lator(VCO) 200 enligt uppfinningen. I enlighet härmed innefattar VCO 200 ett stödjande organ, till exempel en chipkavitet 210 på vilken ett i huvudsak isolerande substrat 220 och ett halvledande substrat 230 ordnas på vanligt sätt. Hela resonatorkretsen är ordnad på det i huvudsak isolerande substratet 220, medan åtminstone en del av den förstärkande kretsen är ordnad på det halvledande substratet 230. Kretsama på vart och ett av substraten är sammankopplade med hjälp av kopplingstråd(ar) 240. Förstärkningskretsen är kopplad till ett RF-medel 250 genom ledningen 260.
Fig. 3 visar kopplingsschemat för en oscillatorkrets 300. Oscillatom 300 innefattar två huvuddelar, dvs. resonatom 310 (omgiven av streckad och prickad linje) och förstärkaren 320 (omgiven av prickad linje). Resonatom 310 innefattar en (mycket schematiskt illustrerad) LC- krets vilken innefattar induktom L7R och kondensatorn C7R. Förstärkaren 320, företrädesvis en reflektionsförstärkare, innefattar en transistor T, återrnatningskondensatorema Cl och CZ, kondensatom Cm och en (möjlig) radiofrekvensdrossel, RFC.
Resonatorkretsen 310 i enlighet med det föreliggande utförandet illustreras mycket elementärt för att underlätta förståelsen av uppfinningen. Emellertid offentliggörs ett föredraget utförande av resonatom i större detalj i Fig. 4. Resonatom 400 enligt Fig. 4 hänför sig till en resonator enligt ovan nämnda resonatortillämpning. Resonatoms funktion antas vara känd för en fackman, och beskrivs inte närmare här. Resonatom 400 innefattar en induktor LR, parallellt med en kondensator CR. Kondensatom CR innefattar två antiseriellt kopplade varaktordioder VD] och VD2. Varaktordiodema kopplas via sina anoder och en radiofrekvensdrossel RFC; till en svepspärming Vsvep, med vars hjälp kondensatorn CR varieras. Varaktordiodema VD1 och VD; kan också kopplas samman via sina r» ..« 10 15 20 25 30 5199 915 katodterminaler. Koppling av varaktordioderna antiseriellt tillåter variering av kondensatorn CR utan att diodema begränsar signalens amplitud när dioden leder ström i sin riktning framåt.
Resonatorn 400 innefattar dessutom kondensatom CC, kopplad till varaktordioden VD3 för koppling av resonatom till förstärkaren. Kapacitansen i varaktordioden VD; är variabel genom RF -drosseln RF C; med hjälp av en svepspänning Vsvep, vilken kan vara samma svepspänning som nämns ovan.
Tillbaka till Fig. 3; i förstärkaren 320 sammanbinder återrnatningskondensatom C1 emittom i transistom T med dess bas och kondensatorn C; kopplar den utmatade signalens RF till jord. Ãtennatningskondensatorerna C; och C; är ordnade för att producera en positiv återrnatning, vilket gör kretsen instabil och åstadkommer bättre egenskaper. Kretsen försörjs med spänning VDC genom en RF-drossel, RFC. Spänningen kan emellertid tillhandahållas direkt till emittorn i transistom T. Övervakningskondensatom Cu, skyddar kretsen från inkommande brus.
I enlighet med den första aspekten av uppfinningen är hela resonatorkretsen 310 och förstärkarkretsen 320, förutom transistom T (omgiven av en streckad linje) ordnade på det i huvudsak isolerande substratet, till exempel GaAs, indiumfosfid (InP), galliumnitrid (GaN), lndiumarsenid (InAs), metamorfa tekniker som ett tunt skikt på InP på en skiva av GaAs, olika typer av fälteffekttransistortekniker och liknande. Transistom T är ordnad på det halvledande substratet, till exempel Si, SiGe, kiselkarbid eller liknande, och kopplad till de återstående kretsama med hjälp av kopplingstrådar. Emellertid kan vilket val och vilken kombination av halvledarmaterial som helst förekomma, som tillhandahåller ett optimerat halvledande substrat för både resonatom och förstärkaren med optimal Q-faktor och lägsta möjliga transistorbrus.
Fig. 5 är det likvärdiga kopplingsschemat för den första aspekten av uppfinningen, dvs. att placera transistom T på det halvledande substratet. Två nya induktanser Lb; och Lb; införs på grund av närvaron av de kopplingstrådar som förbinder basen och emittom i transistom T till de återstående kretsarna. Detta är emellertid en nackdel eftersom induktanserna Lb; och Lbz (omkring 0,5 nH i 0,1 nH för kopplingstrådar med en tjocklek av 400 - 500 um) försämrar rörstärkarens egenskaper och därmed egenskaperna av oscillatom. Dessutom är tillverkningsprocessen för detta utförande mera krävande eftersom bindningsprocesser i allmänhet leder till olika längder av kopplingstråden, och därmed olika värden för Lb; och Lbg. m >.. 10 15 20 25 30 519 915 10 Det mest föredragna utförandet av uppfinningen illustreras i Fig. 6. Oscillatorkretsen är exakt samma som i utförandet enligt F ig. 3, men här ligger emellertid uppdelningen mellan förstärkarkretsen 620 och resonatorkretsen, vilket är mer distinkt eftersom hela förstärkarkretsen 620, dvs. inklusive transistom T, återkopplingskondensatorema C; och Cg, utmatningskondensatom Cut och RFC, är ordnad på det halvledande substratet. Basen i transistorn T är kopplad till kopplingskondensatorn CC i resonatorkretsen 610.
Fig. 7 är det likvärdiga kopplingsschemat över den andra aspekten av uppfinningen, dvs. att placera hela förstärkarsektionen på det halvledande substratet. En ny induktans Lb; införs på grund av närvaron av kopplingstråden som kopplar basen i transistorn T till resonatorkretsen.
Fördelen med detta utförande är att små variationer i kopplingstråden leder till små variationer i fasförskjutningen, vilket ger små variationer i fas men försumbara variationer i fasbruset.
I ett ytterligare utförande kan oscillatom betraktas som en positiv återmatningsförstärkare 800, vilken visas i Fi g. 8, i vilken åtennatningsnätverket H och förstärkarkretsen A är distinkt åtskilda. Dessa kretsar är lämpliga för lägre frekvenser (till exempel < 3 GHz), efiersom det är lättare att urskilja de delar som hör till förstärkardelen och de delar som hör till återmatningsdelen. Det bör noteras att det är möjligt att transforrnera mellan denna modell och resonator-förstärkarrnodellen. Följaktligen består resonatom av återmatningsnätverket H.
Dessutom krävs det här att resonatom har en hög Q-faktor och att förstärkaren har ett lågt l/f- brus. Som en konsekvens härav är det möjligt att tillämpa uppfinningen på denna typ av kretsar, dvs. åtennatningsnätverket på det i huvudsak isolerande substratet 820 och förstärkaren på det halvledande substratet 830.
Uppfinningen är inte begränsad till de visade utförandena utan kan varieras på ett antal olika sätt utan att avvika från omfattningen av de bifogade kraven och arrangemanget och metoden kan genomföras på olika sätt beroende på tillämpning, funktionella enheter, behov och krav etc. I ett utförande kan det halvledande substratet till exempel ordnas direkt på det isolerande substratet eller i en kavitet ordnad på det isolerande substratet. Förstärknings- och resonatorkretsarna kan tillhandahållas med fler eller färre komponenter med avseende på de relevanta tillämpningama.

Claims (13)

1. 0 15 20 25 30 519 915 11
2. Patentkrav
3. . Oscillator (200, 300, 600, 800) innefattande ett första substrat (210) på vilket en resonatorkrets (310, 400, 610, H) och en lörstärkarkrets (320, 620, A) är ordnade, där nämnda resonatorkrets innefattar en första uppsättning av komponenter (LR, CR, VDj,
4. VD2, RFC1, RFCZ, RFCz, VD3, CC) och nämnda förstärkarkrets innefattar en andra uppsättning av komponenter (Cl, CZ, Cm, RFC) och en íörstärkartransistor (T), kännetecknad därav, att det första substratet innefattar åtminstone två ytterligare substrat (220, 230; 820, 830): ett andra i huvudsak isolerande substrat (220, 820) och ett tredje i huvudsak halvledande substrat (23 0, 830), och åtminstone nämnda transistor (T) är ordnad på nämnda tredje substrat medan nämnda första och andra uppsättning av komponenter (LR, CR, VD1, VD2,
5. RFCl, RFCZ, RFCZ, VD3, CC; Cl, C2, Cm, RFC) är ordnade på nämnda andra i huvudsak isolerande substrat (220).
6. . Oscillator enligt krav 1, kännetecknad därav, att nämnda transistor (T) och nämnda andra uppsättning av komponenter är ordnade på nämnda åtminstone tredje substrat.
7. . Oscillator enligt något av föregående kraven, kännetecknad därav, att nämnda transistor och / eller nämnda andra uppsättning av komponenter på nämnda tredje substrat är kopplade till nämnda resonator på nämnda andra substrat med hjälp av kopplingstråd.
8. . Oscillator enligt något av föregående kraven, kännetecknad därav, att nämnda andra substrat (220, 820) är en av galliumarsenid (GaAs), indiumfosfid (InP), galliumnitrid (GaN), indiumarsenid (InAs), metamorfa tekniker i fonn av ett tunt skikt på lnP på en skiva av GaAs eller olika typer fälteffekttransistortekniker.
9. . Oscillator enligt något av föregående kraven, 10 15 20 25 30
10.
11. 5.4 y-.n 51917915 kännetecknad därav, att nämnda tredje substrat (230, 830) är tillverkat av en av kisel (Si), kisel gerrnanium (SiGe), kíselkarbid (SiC) eller liknande. Oscillator enligt något av föregående kraven, kännetecknad därav, att nämnda Förstärkare (320, 620) är en reflektionsförstärkare. Oscillator enligt krav 6, kännetecknad därav, att nämnda andra uppsättning av komponenter innefattar en första och en andra återmatningskondensator (Cl, CZ), och i vilken nämnda första kondensator (Cl) förbinder emittom i transistorn (T) med dess bas och nämnda andra kondensator (CZ) kopplar en terminal (RF) för utmatad signal till jord. Oscillator enligt något av föregående kraven, kännetecknad därav, att nämnda resonator (400) innefattar en induktor (LR) parallellt med en resonatorkondensator (CR), innefattande två antiseriellt kopplade första och andra varaktordioder(VD1, VD2), där varaktordiodema är kopplade genom sina anoder till en svepspänning (Vmp) med vars hjälp resonatorkondensatom (CR) varieras. . Oscillator enligt krav 8, kännetecknad därav, att nämnda resonator (400) dessutom innefattar en kondensator (CC) kopplad till en tredje varaktordiod (VD3) för koppling av resonatom till förstärkaren (320, 620). Oscillator enligt krav 1, kännetecknad därav, att nämnda resonator är ett återmatningsnätverk (H). scill^tor enligt iiågot av föregående kraven, kännetecknad därav, 10 15 20 519 915 13 att nämnda Första bärarorgan är ett av nämnda andra eller tredje substrat.
12.
13. Metod for att ordna en oscillator (200, 300, 600, 800) innefattande ett forsta substrat (310, 400, 610, h) på vilket en resonatorkrets och en Forstärkarkrets (320, 620, a) är ordnade, där nämnda resonatorkrets innefattar en första uppsättning av komponenter (LR, CR, VD1, VDZ, RFCl, RFC2, VD3, CC) och nämnda fórstärkarkrets innefattar en andra uppsättning av komponenter (Cl, Cg, Cm, RFC) och en fórstärkartransistor (T), kännetecknat av - att på nämnda första substrat ordna åtminstone två ytterligare substrat (220, 230, 820, 830): ett andra i huvudsak isolerande substrat (220, 820) och ett tredje i huvudsak halvledande substrat (230, 830), och att - att ordna åtminstone nämnda transistor (T) på nämnda åtminstone tredje substrat medan nämnda första och andra uppsättning av komponenter (LR, CR, VD1, VDZ, RFCl, RFCg, VD3, CC, Cl, C2, Cm, RFC) är ordnade på nämnda andra i huvudsak isolerande substrat (220, 820). Metod enligt krav 12, kännetecknad av ytterligare steget att ordna nämnda transistor och nämnda andra uppsättning av komponenter på nämnda tredje substrat.
SE9903219A 1999-09-08 1999-09-08 Anordning och metod vid spänningskontrollerad oscillator SE519915C2 (sv)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE9903219A SE519915C2 (sv) 1999-09-08 1999-09-08 Anordning och metod vid spänningskontrollerad oscillator
PCT/SE2000/001651 WO2001018951A1 (en) 1999-09-08 2000-08-29 An arrangement and method relating to oscillators
AU73260/00A AU7326000A (en) 1999-09-08 2000-08-29 An arrangement and method relating to oscillators
US09/658,103 US6606006B1 (en) 1999-09-08 2000-09-08 Oscillator on optimized semiconducting substrate

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE9903219A SE519915C2 (sv) 1999-09-08 1999-09-08 Anordning och metod vid spänningskontrollerad oscillator

Publications (3)

Publication Number Publication Date
SE9903219D0 SE9903219D0 (sv) 1999-09-08
SE9903219L SE9903219L (sv) 2001-03-09
SE519915C2 true SE519915C2 (sv) 2003-04-22

Family

ID=20416933

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SE9903219A SE519915C2 (sv) 1999-09-08 1999-09-08 Anordning och metod vid spänningskontrollerad oscillator

Country Status (4)

Country Link
US (1) US6606006B1 (sv)
AU (1) AU7326000A (sv)
SE (1) SE519915C2 (sv)
WO (1) WO2001018951A1 (sv)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6864755B2 (en) 2000-10-06 2005-03-08 Alfred E. Mann Institute For Biomedical Engineering At The University Of Southern California Switched reactance modulated E-class oscillator design
US7005935B2 (en) * 2001-10-05 2006-02-28 Alfred E. Mann Institute For Biomedical Engineering At The University Of Southern California Switched reactance modulated E-class oscillator
US7215214B1 (en) 2003-09-26 2007-05-08 Cypress Semiconductor Corp. Resonator and amplifying oscillator circuit having a high resolution skew-compensated frequency synthesizer integrated on a single substrate
DE102004018854A1 (de) * 2004-04-19 2005-11-03 Work Microwave Elektronische Bauelemente Gmbh Kompakte Aufbauform für Hochfreuenz-Oszillatoren mit integrierter Schaltung und externem Resonator
US8451071B2 (en) * 2008-11-24 2013-05-28 Raytheon Company Low noise oscillators
JP5027196B2 (ja) * 2009-10-05 2012-09-19 日本電波工業株式会社 電圧制御発振器
JP5027287B2 (ja) * 2009-10-05 2012-09-19 日本電波工業株式会社 電圧制御発振器
JP5027195B2 (ja) * 2009-10-05 2012-09-19 日本電波工業株式会社 電圧制御発振器
JP5189576B2 (ja) * 2009-10-05 2013-04-24 日本電波工業株式会社 電圧制御発振器
JP2012039574A (ja) * 2010-08-11 2012-02-23 Nippon Dempa Kogyo Co Ltd 電圧制御発振器
US9209744B1 (en) 2013-02-13 2015-12-08 M/A-Com Technology Solutions Holdings, Inc. Laminate-based voltage-controlled oscillator
CN107532014B (zh) * 2015-05-01 2021-02-05 宣伟投资管理有限公司 高性能纹理涂层
US11187569B2 (en) * 2017-03-09 2021-11-30 King Abdullah University Of Science And Technology Fluid characteristic sensor, sensor system, and method
CN111478672B (zh) * 2020-04-10 2024-06-11 四川和芯微电子股份有限公司 射频功率放大器

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5641001B1 (sv) * 1971-04-30 1981-09-25
DE3038263A1 (de) * 1980-10-10 1982-04-29 Standard Elektrik Lorenz Ag, 7000 Stuttgart Baueinheit mit piezoelektrischem schwinger
US4749963A (en) * 1985-12-11 1988-06-07 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Oscillator having stripline loop resonator
US5057803A (en) * 1990-08-01 1991-10-15 Motorola, Inc. Stripline split ring resonator bandpass filter
US5075641A (en) * 1990-12-04 1991-12-24 Iowa State University Research Foundation, Inc. High frequency oscillator comprising cointegrated thin film resonator and active device
CA2073389A1 (en) * 1991-07-15 1993-01-16 Nobuo Shiga Oscillating circuit with a ring shaped resonator of superconducting material coupled thereto
DE4317425A1 (de) 1993-05-26 1994-12-01 Deutsche Aerospace Spannungsgesteuerter Mikrowellenoszillator
US5617104A (en) * 1995-03-28 1997-04-01 Das; Satyendranath High Tc superconducting tunable ferroelectric transmitting system
JPH08293728A (ja) 1995-04-21 1996-11-05 Japan Radio Co Ltd Mmic電圧制御発振器
DE69834456T2 (de) 1997-07-25 2006-09-21 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd., Kadoma Hochfrequenz-Oszillatorschaltung
KR100316383B1 (ko) * 1998-10-30 2002-02-19 윤덕용 모노리딕직접회로위에박막또는후막단결정압전소자를집적한단일칩라디오구조및그제조방법
US6249191B1 (en) * 1998-11-23 2001-06-19 Micron Technology, Inc. Monolithic integrated circuit oscillators, complementary metal oxide semiconductor (CMOS) voltage-controlled oscillators, integrated circuit oscillators, oscillator-forming methods, and oscillation methods
SE514174C2 (sv) 1999-03-09 2001-01-15 Ericsson Telefon Ab L M Resonator med variabel resonansfrekvens

Also Published As

Publication number Publication date
WO2001018951A1 (en) 2001-03-15
US6606006B1 (en) 2003-08-12
SE9903219L (sv) 2001-03-09
AU7326000A (en) 2001-04-10
SE9903219D0 (sv) 1999-09-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN115362545B (zh) 基于iii族氮化物的射频放大器
SE519915C2 (sv) Anordning och metod vid spänningskontrollerad oscillator
Nakasha et al. E-band 85-mW oscillator and 1.3-W amplifier ICs using 0.12 µm GaN HEMTs for millimeter-wave transceivers
US8957738B1 (en) Voltage controlled oscillator
US12183676B2 (en) Semiconductor device for RF integrated circuit
Ma et al. InAs/AlSb HEMT and its application to ultra-low-power wideband high-gain low-noise amplifiers
US20090194792A1 (en) Semiconductor device and manufacturing method therefor
US9929707B1 (en) Distributed amplifiers with impedance compensation circuits
US20030218185A1 (en) Semiconductor device, manufacturing thereof and power amplifier module
US20200059204A1 (en) Amplifiers with broadband impedance matching and methods of manufacture thereof
US20020130720A1 (en) Distributed amplifier with transistors in a cascode configuration and negative feedback
US10784822B2 (en) High power radio frequency amplifiers and methods of manufacture thereof
Cheng et al. A low phase-noise X-band MMIC VCO using high-linearity and low-noise composite-channel Al 0.3 Ga 0.7 N/Al 0.05 Ga 0.95 N/GaN HEMTs
US5939739A (en) Separation of thermal and electrical paths in flip chip ballasted power heterojunction bipolar transistors
US7068115B2 (en) Monolithic microwave integrated circuit voltage controlled coupled feedback oscillator
US20030076174A1 (en) Radio frequency amplifier
JP5185041B2 (ja) 安定化回路および安定化回路を備える半導体装置
Siweris et al. A monolithic W-band HEMT VCO with feedback topology
Choi et al. Low DC-power Ku-band differential VCO based on an RTD/HBT MMIC technology
Lan et al. A V-Band Monolithic AlGaN/GaN VCO
Lenk et al. Low phase-noise monolithic GaInP/GaAs-HBT VCO for 77 GHz
JP2000299386A (ja) 半導体回路装置及びその製造方法
WO1998009335A1 (en) Monolithic integrated circuit including bipolar transistors having nonuniformly doped collector base junction
JPH10289979A (ja) 高周波半導体デバイス
US7602259B2 (en) Voltage-controlled oscillator

Legal Events

Date Code Title Description
NUG Patent has lapsed