JSSC 2024第2期Clocking & PLLs65nm CMOS

A 144-Element Beam-Steerable Source Array With 91-dBm Radiated Power and 308-dBm

144单元可波束转向太赫兹源阵列，输出功率9.1dBm，频率675GHz。

675GHz, 9.1-dBm辐射功率, 30.8-dBm无透镜EIRP, -90.9dBc/Hz相位噪声, 0.245%效率

太赫兹源阵列波束转向谐波振荡器耦合拓扑CMOS

▸创新点1：新型二维可扩展耦合拓扑结构 - 提出了一种适用于大规模阵列形成的二维可扩展耦合拓扑结构，通过创新的耦合机制确保144个振荡器元件的相干振荡模式，解决了传统一维耦合结构在大型阵列中的同步难题，实现了高达675 GHz的输出频率。

▸创新点2：高效三次谐波振荡器设计与优化 - 开发了一种高效的三次谐波振荡器设计方法，通过优化谐波生成和提取机制，显著提升了THz信号的输出功率（9.1-dBm）和效率（0.245%），同时支持643至689 GHz的频率调谐范围。

▸创新点3：偏置电压控制波束转向 - 采用创新的偏置电压控制技术，通过调节阵列中不同元件的相位梯度，实现了H平面内-45°至45°的连续波束转向，成为目前最高频率的硅基可转向THz源。

▸创新点4：高集成度与小型化设计 - 在65-nm CMOS工艺下实现了144个振荡器元件的高密度集成，芯片面积仅为2 × 1.7 mm，同时达到了308-dBm的无透镜有效各向同性辐射功率（EIRP），展示了硅基THz源在紧凑性和性能上的突破。

Abstract

This article presents a large-scale coherent tera- hertz (THz) source array with 144 coupled oscillator elements. A novel 2-D scalable coupling topology suitable for large array formation is proposed to enable the desired coherent oscillation mode, in which a differential patch antenna can be incorpo- rated, radiating the third harmonic for high output frequency beyond 600 GHz without a lens. High-efficiency harmonic oscillator design and optimization method are proposed for the third harmonic g