用于脉冲整形的非线性传输线

1、在硅片中进行脉冲整形的非线性传输线Ehsan Afshari, Student Member, IEEE, and Ali Hajimiri, Member, IEEE李洪胜译摘要：开发了脉冲在NLTL (Nonlinear transmission lines)中传输的理论，使用渐变刻 度NLTL解决了单脉冲传输的退化问题，利用MOS变容二极管集聚膜性质设计了 NLTL，能够将脉冲的上升沿和下降沿同时变得陡峭，获得了很好的理论、仿真 和测量的一致性。引言孤波被有效地用于传输数据，例如UWB冲击无线电最近获得流行。其他应用 包括高速取样和定时系统。GaAs technology能进行脉冲上升和

2、下降沿的同时整 形，而NLTL也是同一时期被证实，但是没有证实在CMOS工艺上能够实现NLTL。本文首先给出在传统的硅技术上的孤波线，能够获得非常窄的脉冲，其带宽 超过用该工艺最快晶体管的特征截止频率fT，然后我们证明使用MOS变容二极 管的良好特性，引导出不同类型的非线性，同时改变上升和下降时间。这是采用 通常在NLTL使用非线性元件(反向偏置PN结)所作不到的，即使使用三极管 也是做不到的，因为它受到增益带宽积fT的限制。我们引人两种不同的非线性 传输线，来产生窄脉冲和锐化脉冲的过渡时间。非线性传输线原理图1是表示采用电感L、电压可变电容c(v)组成的非线性传输线。当设为单位长度电感和单位

3、长度电容时，可得下面公式：对于连续均匀传输线来讲，即 =0时:当是线性传输线时，即C(V)为常数: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_。图13沿压缩传输线的仿真输入输出波形输出脉冲表现的上升和下降时间，分别减少到1.5ps和20ps。输出波形的上 升和下降时间不一样，是因为非线性元件的特性对于两个不同的沿不对称引起 的。我们还在该传输线用伪随机数据源进行了仿真，验证了对任意数据序

4、列的沿 压缩能力。不幸的是，我们不能完全控制传输线的特性阻抗，因为有寄生元件的限制， 我们必须选择最低的电容和电感，以便获得上升和下降时间的最大改善。这也就 允许我们实现最高截止频率，然而，建造非常小的电容是不可能的，因为我们要 缩短累加模MOSVAR传输线尺寸，寄生电容的影响就会变得更加重要了，这些 寄生电容与电压没有关系，是线性的，其结果有效地减小了非线性系数b。本设 计沿压缩传输线的有效输入阻抗大约为20。，渐变到输出端为50。，传输线的 输入发射系数大概为0.4。我们必须拿这个影响量去比对仿真和测量结果。6.实验结果图14是用0.18mBICMOS工艺制作的三条传输线芯片，我们用射频探头加脉 冲到传输线的输入端，在输出端测量波形，测量使用50GHz取样示波器。测量 的主要挑战，是系统的带宽与信号带宽比较，显得低（40GHz）了，以致测量设 备必须精心标定。图14芯片图：中间一根是沿压缩线；另外两根是窄脉冲线首先采用扫频信号源输入到示波器，测量幅度，然后用同样的信号源、电缆 和连接器输入到功率计，测量幅度，两次测量的幅度比作为示波器的幅度响应， 图15给出了这个响应曲线。图15示波器的频率响应然后我们用50GHz的网络分析仪及同样方法标定其他的电缆、连接器、探 头以及偏置用的T型接头。这些部件的响应表示在图16中。图16电缆、连接器、探头的频率