用于脈沖整形的非線性傳輸線

1、在硅片中進(jìn)行脈沖整形的非線性傳輸線Ehsan Afshari, Student Member, IEEE, and Ali Hajimiri, Member, IEEE李洪勝譯摘要：開發(fā)了脈沖在NLTL (Nonlinear transmission lines)中傳輸?shù)睦碚?，使用漸變刻 度NLTL解決了單脈沖傳輸?shù)耐嘶瘑栴}，利用MOS變?nèi)荻O管集聚膜性質(zhì)設(shè)計了 NLTL，能夠?qū)⒚}沖的上升沿和下降沿同時變得陡峭，獲得了很好的理論、仿真 和測量的一致性。引言孤波被有效地用于傳輸數(shù)據(jù)，例如UWB沖擊無線電最近獲得流行。其他應(yīng)用 包括高速取樣和定時系統(tǒng)。GaAs technology能進(jìn)行脈沖上升和

2、下降沿的同時整 形，而NLTL也是同一時期被證實(shí)，但是沒有證實(shí)在CMOS工藝上能夠?qū)崿F(xiàn)NLTL。本文首先給出在傳統(tǒng)的硅技術(shù)上的孤波線，能夠獲得非常窄的脈沖，其帶寬 超過用該工藝最快晶體管的特征截止頻率fT，然后我們證明使用MOS變?nèi)荻O 管的良好特性，引導(dǎo)出不同類型的非線性，同時改變上升和下降時間。這是采用 通常在NLTL使用非線性元件(反向偏置PN結(jié))所作不到的，即使使用三極管 也是做不到的，因?yàn)樗艿皆鲆鎺挿efT的限制。我們引人兩種不同的非線性 傳輸線，來產(chǎn)生窄脈沖和銳化脈沖的過渡時間。非線性傳輸線原理圖1是表示采用電感L、電壓可變電容c(v)組成的非線性傳輸線。當(dāng)設(shè)為單位長度電感和單位

3、長度電容時，可得下面公式：對于連續(xù)均勻傳輸線來講，即 =0時:當(dāng)是線性傳輸線時，即C(V)為常數(shù):Fig. Fig. 2. Three nortn ah zed soliton slopes tor different values of L nd C. Ca) L = 1 nH iintl C = 1 iiF.n】 = 2 nH aii由 5皿1_。圖13沿壓縮傳輸線的仿真輸入輸出波形輸出脈沖表現(xiàn)的上升和下降時間，分別減少到1.5ps和20ps。輸出波形的上 升和下降時間不一樣，是因?yàn)榉蔷€性元件的特性對于兩個不同的沿不對稱引起 的。我們還在該傳輸線用偽隨機(jī)數(shù)據(jù)源進(jìn)行了仿真，驗(yàn)證了對任意數(shù)據(jù)序

4、列的沿 壓縮能力。不幸的是，我們不能完全控制傳輸線的特性阻抗，因?yàn)橛屑纳南拗疲?我們必須選擇最低的電容和電感，以便獲得上升和下降時間的最大改善。這也就 允許我們實(shí)現(xiàn)最高截止頻率，然而，建造非常小的電容是不可能的，因?yàn)槲覀円?縮短累加模MOSVAR傳輸線尺寸，寄生電容的影響就會變得更加重要了，這些 寄生電容與電壓沒有關(guān)系，是線性的，其結(jié)果有效地減小了非線性系數(shù)b。本設(shè) 計沿壓縮傳輸線的有效輸入阻抗大約為20。，漸變到輸出端為50。，傳輸線的 輸入發(fā)射系數(shù)大概為0.4。我們必須拿這個影響量去比對仿真和測量結(jié)果。6.實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖14是用0.18mBICMOS工藝制作的三條傳輸線芯片，我們用射頻探頭加脈 沖到傳輸線的輸入端，在輸出端測量波形，測量使用50GHz取樣示波器。測量 的主要挑戰(zhàn)，是系統(tǒng)的帶寬與信號帶寬比較，顯得低（40GHz）了，以致測量設(shè) 備必須精心標(biāo)定。圖14芯片圖：中間一根是沿壓縮線；另外兩根是窄脈沖線首先采用掃頻信號源輸入到示波器，測量幅度，然后用同樣的信號源、電纜 和連接器輸入到功率計，測量幅度，兩次測量的幅度比作為示波器的幅度響應(yīng)， 圖15給出了這個響應(yīng)曲線。圖15示波器的頻率響應(yīng)然后我們用50GHz的網(wǎng)絡(luò)分析儀及同樣方法標(biāo)定其他的電纜、連接器、探 頭以及偏置用的T型接頭。這些部件的響應(yīng)表示在圖16中。圖16電纜、連接器、探頭的頻率