采用負(fù)阻結(jié)構(gòu)的寬頻帶、高q值、可調(diào)諧的有源電感的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及射頻器件與集成電路領(lǐng)域，特別是涉及一種采用負(fù)阻結(jié)構(gòu)的寬頻帶、高Q值、可調(diào)諧的有源電感。
【背景技術(shù)】
[0002]在射頻集成電路中，電感是一個(gè)重要的元件。例如，LC振蕩器可以通過(guò)電感實(shí)現(xiàn)信號(hào)的振蕩，低噪聲放大器可以用電感實(shí)現(xiàn)匹配，提高增益的平坦度，混頻器可以通過(guò)電感來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的調(diào)制。
[0003]在射頻集成電路中，電感通常采用片上無(wú)源螺旋電感。片上無(wú)源螺旋電感的電感值與尺寸存在固有的關(guān)系，要想獲得高的電感值，就必須增大電感的面積，在集成電路芯片中占了很大一部分面積，因此在很大程度上制約了集成電路的集成度。而且，片上螺旋電感，除了面積大，成本高外，也存在著Q值低，自諧振頻率低，電感值和Q值不可調(diào)節(jié)的問題。為了解決螺旋電感存在的問題來(lái)適應(yīng)射頻集成電路的小型化發(fā)展，近些年，人們開始研宄利用有源器件來(lái)合成電感來(lái)代替片上螺旋電感。
[0004]通過(guò)有源器件合成的電感，稱為有源電感。有源電感可以實(shí)現(xiàn)高的Q值，較高的自諧振頻率，能夠改善螺旋電感電感值和Q值不可調(diào)節(jié)的問題，而且能夠大大地減小占用的面積?？捎糜谘a(bǔ)償由于工藝偏差、寄生效應(yīng)等因素對(duì)電路性能產(chǎn)生的不利影響。但是，現(xiàn)在的有源電感存在著Q值不高，帶寬較窄，可調(diào)性范圍不寬等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決上述有源電感存在的這些問題，本發(fā)明采用負(fù)阻結(jié)構(gòu)來(lái)減少輸入阻抗的實(shí)部損耗，提高Q值。采用雙回轉(zhuǎn)器結(jié)構(gòu)來(lái)提高電感值和Q值。利用共柵跨導(dǎo)放大器來(lái)實(shí)現(xiàn)帶寬的擴(kuò)展，利用電阻可調(diào)網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)電感和Q值的可調(diào)諧性。
[0006]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]一種采用負(fù)阻結(jié)構(gòu)的寬頻帶、高Q值、可調(diào)諧的有源電感如圖1所示，包括:負(fù)阻反饋晶體管，負(fù)跨導(dǎo)放大器，共柵跨導(dǎo)放大器，第一可調(diào)電阻網(wǎng)絡(luò)，第二可調(diào)電阻網(wǎng)絡(luò)，第一正跨導(dǎo)放大器，第二正跨導(dǎo)放大器，第一可調(diào)電流源，第二可調(diào)電流源。
[0008]所述的負(fù)跨導(dǎo)放大器與負(fù)阻反饋晶體管在該電感的輸入端構(gòu)成的負(fù)阻結(jié)構(gòu)，減少有源電感輸入實(shí)部的損耗，提高Q值。所述的負(fù)跨導(dǎo)放大器的輸入端為該有源電感的輸入端，負(fù)跨導(dǎo)放大器的輸出端與負(fù)阻反饋晶體管的輸入端相連，負(fù)阻反饋晶體管的輸出端與該有源電感的輸入端相連。
[0009]所述的共柵跨導(dǎo)放大器與負(fù)跨導(dǎo)放大器相連可以降低有源電感的零點(diǎn)頻率，提高帶寬，減少有源電感的實(shí)部損耗，提高Q值。所述的共柵跨導(dǎo)放大器的輸入端與負(fù)跨導(dǎo)放大器輸出端相連，共柵跨導(dǎo)放大器的輸出端與第一可調(diào)電流源相連，同時(shí)連接第二正跨導(dǎo)放大器的輸入端以及第一可調(diào)電阻網(wǎng)絡(luò)的第一端。
[0010]所述的第一可調(diào)電阻網(wǎng)絡(luò)和第二可調(diào)電阻網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)有源電感的電感值、Q值的調(diào)節(jié)。第一可調(diào)電阻網(wǎng)絡(luò)的第一端與共柵跨導(dǎo)放大器的輸出端相連，第一可調(diào)電阻網(wǎng)絡(luò)的第二端與第一正跨導(dǎo)放大器的輸入端相連。第二可調(diào)電阻網(wǎng)絡(luò)與第二正跨導(dǎo)放大器相連，可以調(diào)節(jié)第二正跨導(dǎo)放大器的跨導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電感值和Q值的調(diào)節(jié)。
[0011]所述的第一正跨導(dǎo)放大器和第二正跨導(dǎo)放大器分別與第一負(fù)跨導(dǎo)放大器構(gòu)成回轉(zhuǎn)器結(jié)構(gòu)，形成雙回轉(zhuǎn)器，把跨導(dǎo)放大器中的等效電容轉(zhuǎn)化為等效電感。雙回轉(zhuǎn)器能夠進(jìn)一步提高電感值和Q值。所述的第一正跨導(dǎo)放大器的輸入端與第一可調(diào)電阻網(wǎng)絡(luò)的第二端相連，第一正跨導(dǎo)放大器的輸出端與該有源電感的輸入端相連。第二正跨導(dǎo)放大器的輸入端與共柵跨導(dǎo)放大器的輸出端相連，第二正跨導(dǎo)放大器的輸出端與該有源電感的輸入端相連。
[0012]所述的第一可調(diào)電流源和第二可調(diào)電流源為整體電路提供電流偏置，并用于調(diào)節(jié)各個(gè)晶體管的跨導(dǎo)。所述第一可調(diào)電流源與共柵跨導(dǎo)放大器的輸出端相連，所述第二可調(diào)電流源的與該有源電感的輸入端相連。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0014]本發(fā)明采用了負(fù)阻結(jié)構(gòu)來(lái)減少輸入阻抗的實(shí)部損耗，提高Q值。采用的雙回轉(zhuǎn)器結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提高電感值和Q值。采用共柵跨導(dǎo)放大器來(lái)減小有源電感零點(diǎn)頻率，拓展帶寬。采用兩個(gè)可調(diào)電阻網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)一步提高該有源電感的可調(diào)性。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是本發(fā)明有源電感的結(jié)構(gòu)框圖，其中1-負(fù)阻反饋晶體管，2-負(fù)跨導(dǎo)放大器，3-共柵跨導(dǎo)放大器，4-第一正跨導(dǎo)放大器，5-第二正跨導(dǎo)放大器，6-第一可調(diào)電阻網(wǎng)絡(luò)，7-第二可調(diào)電阻網(wǎng)絡(luò)，8-第一可調(diào)電流源，9-第二可調(diào)電流源；
[0016]圖2是本發(fā)明有源電感的一個(gè)實(shí)施例；
[0017]圖3是本發(fā)明有源電感在調(diào)節(jié)第四可調(diào)電壓源條件下等效電感值L與頻率關(guān)系圖，其中 1-Vtme4= 1.65V，Il-V tme4= 1.83V，12-V tme4= 2.1V ;
[0018]圖4是本發(fā)明有源電感在調(diào)節(jié)可調(diào)電阻網(wǎng)絡(luò)條件下等效電感值L與頻率關(guān)系圖，其中 13-Vtmel= 1.7V，V tune5= 2.5V，14-V tunel= 1.96V，V tune5= 3V ;
[0019]圖5是本發(fā)明有源電感在不同偏置條件下等效電感值L與頻率關(guān)系圖，其中
15-biasl:Vtunel= 1.65V, V tune2= 1.1V, V tune3= 1.85V, V tune4= 1.85V, V tune5= 2.37V,
16-bias2:Vtunel= 1.9V, V tune2= 0.86V, V tune3= 1.87V, V tune4= 1.83V, V tune5= 2.1V,
17-bias3:Vtunel= 2.03V，V tme2= 0.73V，V tme3= 1.7V，V tune4= 1.85V，V tune5= 2V ;
[0020]圖6是本發(fā)明有源電感在不同偏置條件下Q值與頻率關(guān)系圖，其中15-biasl:VtUMi=I.65V，Vtime2= 1.1V，V tme3= 1.85V，V tme4= 1.85V，V tme5= 2.37V，16-bias2:V tunel =1.9V，Vtune2= 0.86V, Vtime3= 1.87V, Vtune4= 1.83V，Vtme5= 2.1V, 17-bias3:V tunel= 2.03V，Vtune2= 0.73V，V tme3= 1.7V，V tme4= 1.85V，V tune5= 2V。
【具體實(shí)施方式】
[0021]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合附圖與實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0022]采用負(fù)阻結(jié)構(gòu)的寬頻帶、高Q值、可調(diào)諧有的源電感的一個(gè)實(shí)施例如圖2所示。包括:負(fù)阻反饋晶體管，負(fù)跨導(dǎo)放大器，共柵跨導(dǎo)放大器，第一可調(diào)電阻網(wǎng)絡(luò)，第二可調(diào)電阻網(wǎng)絡(luò)，第一正跨導(dǎo)放大器，第二正跨導(dǎo)放大器，第一可調(diào)電流源，第二可調(diào)電流源。
[0023]負(fù)阻反饋晶體管由第一 MOS管(Ml)構(gòu)成，負(fù)跨導(dǎo)放大器由第二 MOS管(M2)構(gòu)成，共柵跨導(dǎo)放大器由第三MOS管(M3)構(gòu)成，第一可調(diào)電阻網(wǎng)絡(luò)由第九MOS管(M9)和電阻(R1)并聯(lián)構(gòu)成，第二可調(diào)電阻網(wǎng)絡(luò)由第七M(jìn)OS管(M7)構(gòu)成，第一正跨導(dǎo)放大器由第四MOS管(M4)構(gòu)成，第二正跨導(dǎo)放大器由第五MOS管(M5)構(gòu)成，第一可調(diào)電流源由第六MOS管(M6)構(gòu)成，第二可調(diào)電流源由第八MOS管(M8)構(gòu)成。
[0024]第一 MOS管(Ml)和第二 MOS管(M2)構(gòu)成了負(fù)阻的結(jié)構(gòu)，其等效電阻為負(fù)值，可以抵消一部分的輸入阻抗的實(shí)部損耗，提升Q值，從而實(shí)現(xiàn)高Q值。第二 MOS管(M2)和第三MOS管(M3)構(gòu)成了共源共柵結(jié)構(gòu)，通過(guò)調(diào)節(jié)第三MOS管(M3)柵極電壓能夠提高輸出阻抗，減小零點(diǎn)的頻率，提高了電感值的頻帶。
[0025]第二 MOS管(M2)與第四MOS管(M4)構(gòu)成回轉(zhuǎn)器結(jié)構(gòu)，將第四MOS管(M4)的柵源電容Cgs4回轉(zhuǎn)成等效電感。同時(shí)第二 MOS管(M2)與第五MOS管(M5)也構(gòu)成回轉(zhuǎn)器的結(jié)構(gòu)，將第五MOS管(M5)的柵源電容Cgs5回轉(zhuǎn)成等效電感。
[0026]第九MOS管(M9)和電阻(R1)構(gòu)成第一可調(diào)電阻網(wǎng)絡(luò)，其中第九MOS管(M9)工作在三極區(qū)。通過(guò)調(diào)節(jié)第九MOS管(M9)的柵極電壓實(shí)現(xiàn)電阻值的變化，實(shí)現(xiàn)電感值和Q值的可調(diào)諧。第七M(jìn)OS管(M7)構(gòu)成第二可調(diào)電阻網(wǎng)絡(luò)，其中第七M(jìn)OS管(M7)工作在三極區(qū)。可以通過(guò)第七M(jìn)OS管(M7)柵極電壓的改變，實(shí)現(xiàn)等效電阻的變化，改變第五MOS管(M5)的跨導(dǎo)，來(lái)調(diào)節(jié)電感值和Q值。
[0027]第六MOS管(M6)為第一可調(diào)電流源，用于為第二 MOS管(M2)以及第三MOS管(M3)提供直流偏置電流。第八MOS管(M8)為第二可調(diào)電流源，用于為第五MOS管(M5)提供直流偏置