一种高Q值、电感值与工作频率范围可调谐的有源电感制造技术

技术编号:14996563 阅读:141 留言:0更新日期:2017-04-04 01:55
一种高Q值、电感值与工作频率范围可调谐的有源电感,该有源电感包括可变电容、有源反馈电阻、正跨导放大器、负跨导放大器、第一可调电流源、第二可调电流源、隔直电容。其中负跨导放大器为在共源极-共栅极结构上加入多重电压调制电路;可调节的有源反馈电阻连接于正负跨导放大器之间,用于改善有源电感的实部损耗,进而进一步地提高Q值;可变电容连接于正跨导放大器的输入端和负跨导放大器的输出端,用于调节有源电感的负载电容,进而扩展电感值和Q值的调节范围。两个可调电流源分别为正跨导放大器和负跨导放大器提供直流偏置,并可以调节有源电感的工作频率范围。这些组成部分使得该有源电感的工作频率、电感值和Q值均可进行调节。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及射频器件与集成电路领域,特别是一种高Q值、电感值与工作频率范围可调谐的有源电感
技术介绍
在射频集成电路(RFICs)中,电感是常用的元件之一。例如,在低噪声放大器中,使用电感可以实现输入输出的匹配,提高放大器的增益平坦度;在电压控制(电流控制)振荡器中,使用电感可以实现信号的发生;在混频器中,使用电感可以实现信号的调制。在RFICs中通常使用片上螺旋电感。由于片上螺旋电感的电感值与其几何尺寸密切相关,电感值越大时,占据的芯片面积越大,在实际应用中,往往占据了大部分芯片面积,增加了芯片成本,限制了芯片集成度。且当芯片上存在多个电感时,不同电感之间会产生互感效应,严重影响了RFIC的整体性能。片上螺旋电感还存在着品质因子Q值低,电感值不可调等缺点。为了解决片上螺旋电感存在的问题,采用晶体管等有源器件合成的有源电感应运而生。相比较于片上螺旋电感,有源电感具有占用芯片面积较小,电感值与Q值可调,制作成本较低等优点。有源电感除了可以代替无源电感使用外,还可以利用其可调性,补偿因工艺偏差、寄生效应等因素对RFIC性能产生的不利影响;可以重新配置RFIC参数,实现性能的调节。因此,在实际应用中有源电感具有较高的实用价值。现有的有源电感通常采用回转器结构,将回转器自身的电容回转为等效电感,其中的负跨导放大器往往采用单级放大器结构,采用这种结构的有源电感存在着电感值可调范围小、Q值低、电感工作频率范围无法改变等缺点,限制了它们在高频RFICs中的应用。
技术实现思路
本专利技术提供一种高Q值、电感值与工作频率范围可调谐的有源电感。本专利技术有源电感中的负跨导放大器,在共源极-共栅极结构的共栅极管上增加了多重电压调制电路,不但增大了负跨导放大器的输出阻抗,而且减小了由于等效串联电阻造成的损耗,提高了有源电感的Q值;进一步地,采用有源可调电阻作为反馈回路,能提高有源电感的Q值;另外,通过采用前置的可变电容,实现对负载电容的调节,增大了有源电感的电感值与Q值的可调范围;同时,通过调节有源反馈电阻的阻值以及调节负跨导放大器多重电压调制电路的控制电压,能够实现对有源电感的电感值和Q值的调节;通过调节正、负跨导放大器的偏置电流,可以改变正负跨导放大器的静态工作点,实现对工作频率范围的调节,从而使有源电感在不同工作频率范围内具有宽电感值调节范围,同时也具有高Q值,可满足宽调节范围、高性能RFICs设计对电感的需要。本专利技术采用如下技术方案:一种高Q值、电感值与工作频率范围可调谐的有源电感,如图1所示,该有源电感包括可变电容、有源反馈电阻、正跨导放大器、负跨导放大器、第一可调电流源、第二可调电流源、隔直电容。所述负跨导放大器的输出端与正跨导放大器的输入端通过有源反馈电阻连接;所述正跨导放大器的输出端与负跨导放大器的输入端连接;正跨导放大器与负跨导放大器相互交叉连接构成回转器,回转器将正跨导放大器包括可变电容在内的输入电容回转成等效电感。所述的第一可调电流源与负跨导放大器连接,为负跨导放大器提供偏置电流;第二可调电流源与正跨导放大器连接,为正跨导放大器提供偏置电流。调节两个可调电流源,能够改变正负跨导放大器的偏置电流的大小,从而调节正负跨导放大器的静态工作点,使得有源电感的工作频率范围发生改变,进而实现对于有源电感工作频率范围的调节。所述隔直电容的第一端为有源电感的输入端,第二端连接正跨导放大器的输出端和负跨导放大器的输入端。所述隔直电容能够滤除跨导放大器中因直流偏置产生的信号干扰。所述有源反馈电阻连接于正跨导放大器的输入端和负跨导放大器的输出端之间。有源反馈电阻的加入,增大了有源电感的输出阻抗,减小了实部损耗,从而增大了有源电感的Q值,同时,调节有源反馈电阻的大小,也能够实现对电感值和Q值的调节。所述可变电容由一个NMOS晶体管构成,可变电容的源极和漏极相连;栅极为可变电容的一端,栅极分别连接于正跨导放大器的输入端和负跨导放大器的输出端;衬底电极为可变电容的另一端,衬底电极与地端连接。通过调节可变电容的源极和漏极的电压,栅极相对于地端的电容大小将发生改变,以此实现对有源电感负载电容的调节,从而实现对有源电感的电感值和Q值的调节。所述正跨导放大器与负跨导放大器均由NMOS晶体管构成。正跨导放大器采用单级放大器结构,是回转器的一个重要构成部分。对负跨导放大器,是在共源极-共栅极结构的共栅极管上,加入多重电压调制结构的复合结构,是回转器的另一个重要构成部分。与现有技术相比,本专利技术具有以下优点:本专利技术有源电感中的负跨导放大器,在共源极-共栅极结构的共栅极管上增加了多重电压调制电路,不但增大了负跨导放大器的输出阻抗,而且减小了由于等效串联电阻造成的损耗,提高了有源电感的Q值;进一步地,采用了有源可调电阻作为反馈回路,提高了有源电感的Q值;另外,采用了前置的可变电容,实现了对负载电容的调节,增大了有源电感的电感值与Q值的可调范围;同时,通过调节有源反馈电阻的阻值以及调节负跨导放大器多重电压调制电路的控制电压,可以实现对有源电感的电感值和Q值的调节;通过调节正负跨导放大器的偏置电流,可以改变正负跨导放大器的静态工作点,实现对工作频率范围的调节,从而使有源电感在不同工作频率范围内具有宽电感值调节范围,同时具有高Q值,可满足宽调节范围、高性能RFICs设计对电感的需要。附图说明图1是本专利技术有源电感的结构框图;图2是本专利技术有源电感的实施例电路拓扑示意图;图3是本专利技术有源电感实施例在不同组合偏置条件下电感值与工作频率的关系图;图4是本专利技术有源电感实施例在不同组合偏置条件下Q值与工作频率的关系图;图5是本专利技术有源电感的负跨导放大器的另一个实施例。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白,下面结合附图,对本专利技术作进一步详细说明。图2是高Q值、电感值和工作频率范围可调谐的有源电感的一个实施例。包括可变电容、有源反馈电阻、正跨导放大器、负跨导放大器、第一可调电流源、第二可调电流源、隔直电容。可变电容由第九MOS晶体管(M9)构成,其源极与漏极相连接,栅极为电容的一端,衬底电极为电容的另一端,与地端连接,调节第九MOS晶体管(M9)的源极和漏极的电压将改变第九MOS晶体管(M9)的沟道厚度,使得沟道电容发生改变,从而改变了有源电感的本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种高Q值、电感值与工作频率范围可调谐的有源电感,其特征在于:该有源电感包括可变电容、有源反馈电阻、正跨导放大器、负跨导放大器、第一可调电流源、第二可调电流源、隔直电容;所述负跨导放大器的输出端与正跨导放大器的输入端通过有源反馈电阻连接;所述正跨导放大器的输出端与负跨导放大器的输入端连接;正跨导放大器与负跨导放大器相互交叉连接构成回转器,回转器将正跨导放大器包括可变电容在内的输入电容回转成等效电感;所述的第一可调电流源与负跨导放大器连接,为负跨导放大器提供偏置电流;第二可调电流源与正跨导放大器连接,为正跨导放大器提供偏置电流;调节两个可调电流源,能够改变正负跨导放大器的偏置电流的大小,从而调节正负跨导放大器的静态工作点,使得有源电感的工作频率范围发生改变,进而实现对于有源电感工作频率范围的调节。

【技术特征摘要】
1.一种高Q值、电感值与工作频率范围可调谐的有源电感,其
特征在于:该有源电感包括可变电容、有源反馈电阻、正跨导放大器、
负跨导放大器、第一可调电流源、第二可调电流源、隔直电容;
所述负跨导放大器的输出端与正跨导放大器的输入端通过有源
反馈电阻连接;所述正跨导放大器的输出端与负跨导放大器的输入端
连接;正跨导放大器与负跨导放大器相互交叉连接构成回转器,回转
器将正跨导放大器包括可变电容在内的输入电容回转成等效电感;
所述的第一可调电流源与负跨导放大器连接,为负跨导放大器提
供偏置电流;第二可调电流源与正跨导放大器连接,为正跨导放大器
提供偏置电流;调节两个可调电流源,能够改变正负跨导放大器的偏
置电流的大小,从而调节正负跨导放大器的静态工作点,使得有源电
感的工作频率范围发生改变,进而实现对于有源电感工作频率范围的
调节。
2.根据权利要求1所述的一种高Q值、电感值与工作频率范围
可调谐的有源电感,其特征在于:所述隔直电容的第一端为有源电感
的输入端,第二端连接正跨导放大器的输出端和负跨导放大器的输入
端;所述隔直电容能够滤除跨导放大器中因直流偏置产生的信号干
扰。
3.根据权利要求1所述的一种高Q值、电感值与工作频率范围

【专利技术属性】
技术研发人员:张万荣刘亚泽谢红云金冬月陈吉添黄鑫邓蔷薇王忠俊赵彦晓刘硕赵馨仪
申请(专利权)人:北京工业大学
类型:发明
国别省市:北京;11

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