非福斯特电路制造技术

一种差分电路拓扑结构，其用于产生可调浮动负电感、负电容、负电阻/电导、或者三者的组合。这些电路通常被称为“非福斯特电路”。所公开的这些电路的实施例包括两对交叉耦接的差分晶体管、负载导抗、多个电流源、两个共模反馈（CMFB）网络、至少一个可调（可变）电阻、以及两个呈现期望导抗的端子。所公开的这些电路的实施例可被配置为负阻抗变换器（NII）或负阻抗转换器（NIC）并为开路稳定（OCS）或短路稳定（SCS）的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】非福斯特电路相关申请的交叉引用本申请要求于2011年4月7日提交的序号为61/473，076且标题为“WidebandAdaptable Artificial Impedance Surface”的美国临时申请的优先权，现通过引用将该美国临时申请的公开并入本文。本申请还要求于2011年7月6日提交的序号为61/505，037且标题为“Differential Negative Impedance Converters and Inverters with TunableConvers ion Rat ios ”的美国临时申请的优先权,现通过引用将该美国临时申请的公开并入本文。本申请与于2011年7月6日提交的序号为13/177，479且标题为“Wide BandwidthAutomatic Tuning Circuit”的美国专利申请(代理人案号:626367-2)相关,现通过引用将该美国专利申请的公开并入本文。
本技术针对差分电路拓扑结构，其用于产生可调或可变负电感、负电容、负电阻/电导、或者三者的组合。除上所述，本技术还针对具有可变或可调转换比率的差分负阻抗转换器和变换器。
技术介绍
非福斯特电路(NFC)本身已经是现有技术中众所周知的并可被配置为负阻抗变换器(NII)或负阻抗转换器(NIC)。前者将负载导抗转换为它的逆反(例如，将电容器转换为负感应器)，后者将负载导抗转换为它的负值(例如，将电容器转换为负电容器)。J.G.Linvill 首先在 1953年6 月的Proceedings of the IRE, vol.41, pp.725-729中的 “Transistor Negative-1mpedance Converters” 中提出了 NIC 电路存在的可能性。本技术与Linvill的NIC不同，它是一种单端的NIC。Linvill提出:1)浮动NIC不能用于Nil操作并且不能通过可变电阻器调整；以及2)接地的NIC为单端的，因此不适用于需要浮动导抗的情况。接地NIC的缺点是偏置电流必须流经负载(当负载为电容器时是存在问题的)或流经负载附近(这会导致共振，当使用感应器时会导致振荡，或者使用电阻器时会导致性能下降)。此外，制作这些电路时使用了分立式晶体管，而偏置网络是由电阻分压构成的，这与集成电路(1C)的设计是不同的形式，并且在创建负电感和电容时会导致低性能。其他人也使用分立式晶体管构建了单端Linvill电路。例如，参见S.E.Sussman-Fort 和 R.M.Rudish 于 2009 年 8 月在 IEEE Transactions on Antennas andPropagation, Vol.57 中的“Non-Foster Impedance Matching of Electrically-SmallAntennas，，。R.L.Brennan、T.R.Viswanathan和 J.V.Hanson提出了 CMOS 中的NIC IC,但是它只是一种单端电路，并且它只考虑了生成负电阻的能力。参见1988年10月IEEE Journal ofSolid-State Circuits, vol.32，n0.5 中的 “The CMOS Negative Impedance Converter，，。已经已知负阻抗转换器(NIC)和变换器(NII)有数十年了，长久以来一直有将它们用于天线阻抗匹配应用的需要。但是，由于电路的不稳定性(即，电路趋于振荡)，几乎没有成功实现这些电路。据信，没有任何先前的实证表明这些电路可以被商业化生产；更确切地，不得不在实验中进行调整。本技术满足了能够被大量生产的设计需要，并显示出在适当的负载条件下是稳定的。
技术实现思路
本技术是一种差分电路拓扑结构，其用于产生可调浮动负电感、负电容、负电阻/电导、或者三者的组合。这些电路通常被称为“非福斯特(non-Foster)电路”。该电路包括两对交叉耦接的差分晶体管、负载导抗、多个电流源、两个共模反馈(CMFB)网络、至少一个可调电阻、呈现期望导抗的两个端子。该电路可被配置为负阻抗变换器(NII)或负阻抗转换器(NIC)。本技术的目的是创建负感应器、电容器、电阻器(即非福斯特电路)，从而显著增加天线和超材料的带宽。众所周知，这两种应用受到带宽的限制，因此特别试图使它们小型化，例如使用电小天线(ESA)。已经展示出非福斯特电路可显著提升匹配电路的性能，该匹配电路用于使ESA与无线电接收机和/或发送机匹配。但是，用于实现该改进的努力极少成功，这是因为:第一，这些电路具有潜在的不稳定性；以及第二，它们必须被以较小的稳定裕度操作。ESA的最一般定义是(有源元件的)最大尺寸不大于天线期望以其操作的频率的波长的1/2 π。因此，对于长度为λ/2π的偶极子，将直径为λ/2π的环或对角线尺寸为λ/2 31的板块看作电小。本文所公开的电路具有下面的一些可视为优点的方面:差分拓扑允许偏置网络与RF稳定性分析的分离；可调性允许电路接近不稳定点但实际不会到达不稳定状态，还能够调除寄生效应；以及该电路可实施在1C中。1C实施还具有更多优点:由于小尺寸而减小了寄生效应，实施偏置网络的丰富选项，用于差分拓扑的良好设备匹配，小尺寸允许将电路置于小空隙中，可针对阵列应用实现数百或更多的电路(这利用现有技术是不实际的)。所公开的电路为非福斯特电路(NFC)，其包括:两对交叉耦接的差分晶体管，这两对差分晶体管的每个晶体管都具有一对载流电极和一个控制电极，所述两对差分晶体管的第一对中的晶体管的控制电极耦接到所述两对差分晶体管的第二对中的晶体管的一个载流电极，所述两对差分晶体管的第二对中的晶体管的控制电极耦接到所述两对差分晶体管的第一对中的晶体管的一个载流电极；负载导抗和第一控制电阻，所述负载导抗耦接到所述两对差分晶体管的所述第一对中的每个晶体管的一个载流电极，所述第一控制电阻耦接到所述两对差分晶体管的所述第一对中的每个晶体管的另一个载流电极；多个电流源，用于为所述两对差分晶体管的每个晶体管的至少一个载流电极提供电流；两个共模反馈网络，每个共模反馈网络耦接到两对差分晶体管的一对中的晶体管的载流电极；以及呈现期望导抗的端子和第二控制电阻，所述端子耦接到所述两对差分晶体管的所述第二对中的每个晶体管的一个载流电极，所述第二控制电阻耦接到所述两对差分晶体管的所述第二对中的每个晶体管的另一个载流电极，第一和第二控制电阻的电阻值乘积设置负载导抗与期望导抗之间的转换率。【附图说明】图la至图1d描绘了差分可调NII/NIC的四个实施例，它们是开路稳定(0CS)或短路稳定(SCS)的。图2与图1相似，展示用于代替双极晶体管的FET晶体管。图3描绘了利用BiCMOS处理实现的可调SCS NII的示意图。【具体实施方式】差分电路拓扑结构可产生可调浮动负电感、负电容、负电阻/电导、或者三者的组合。产生负电容、电感和/或电阻的电路通常被称为“非福斯特电路”，这是因为它们违背了福斯特关于无源无损1端口电路的电抗定理，该定理表明，电抗和电纳必须频繁地增长。图la至图1d中展示的电路分别包括两对交叉耦接的差分晶体管(Ql、Q2和Q3、Q4 ;展示了双极晶体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非福斯特电路，其包括：交叉耦接的两对差分晶体管，所述两对差分晶体管的每个晶体管具有一对载流电极和一个控制电极，所述两对差分晶体管的第一对中的晶体管的控制电极耦接到所述两对差分晶体管的第二对中的晶体管的一个载流电极，所述两对差分晶体管的第二对中的晶体管的控制电极耦接到所述两对差分晶体管的第一对中的晶体管的一个载流电极；负载导抗和第一控制电阻，所述负载导抗耦接到所述两对差分晶体管中的所述第一对的每个晶体管的一个载流电极，所述第一控制电阻耦接到所述两对差分晶体管中的所述第一对的每个晶体管的另一个载流电极；电流源，其用于为所述两对差分晶体管中的每个晶体管的至少一个载流电极提供电流；两个共模反馈网络，每个共模反馈网络耦接到两对差分晶体管中的一对的晶体管的载流电极；以及在其上产生期望导抗的端子和第二控制电阻，所述端子耦接到所述两对差分晶体管中的所述第二对中的每个晶体管的一个载流电极，所述第二控制电阻耦接到所述两对差分晶体管中的所述第二对中的每个晶体管的另一个载流电极，至少部分基于所述第一控制电阻和第二控制电阻的电阻值乘积的函数设置负载导抗与期望导抗之间的转换率。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.04.07 US 61/473,076;2011.07.06 US 61/505,0371.一种非福斯特电路，其包括:交叉耦接的两对差分晶体管，所述两对差分晶体管的每个晶体管具有一对载流电极和一个控制电极，所述两对差分晶体管的第一对中的晶体管的控制电极耦接到所述两对差分晶体管的第二对中的晶体管的一个载流电极，所述两对差分晶体管的第二对中的晶体管的控制电极耦接到所述两对差分晶体管的第一对中的晶体管的一个载流电极；负载导抗和第一控制电阻，所述负载导抗耦接到所述两对差分晶体管中的所述第一对的每个晶体管的一个载流电极，所述第一控制电阻耦接到所述两对差分晶体管中的所述第一对的每个晶体管的另一个载流电极；电流源，其用于为所述两对差分晶体管中的每个晶体管的至少一个载流电极提供电流；两个共模反馈网络，每个共模反馈网络耦接到两对差分晶体管中的一对的晶体管的载流电极；以及在其上产生期望导抗的端子和第二控制电阻，所述端子耦接到所述两对差分晶体管中的所述第二对中的每个晶体管的一个载流电极，所述第二控制电阻耦接到所述两对差分晶体管中的所述第二对中的每个晶体管的另一个载流电极，至少部分基于所述第一控制电阻和第二控制电阻的电阻值乘积的函数设置负载导抗与期望导抗之间的转换率。2.如权利要求1所述的非福斯特电路，其中所述晶体管为双极晶体管。3.如权利要求1所述的非福斯特电路，其中所述晶体管为FET晶体管。4.如权利要求1所述的非福斯特电路，其中所述第一控制电阻和第二控制电阻中的至少一个是可变的。5.如权利要求4所述的非福斯特电路，其中所述第一控制电阻和第二控制电阻中的所述至少一个至少包括FET。6.如权利要求4所述的非福斯特电路，其中所述第一控制电阻和第二控制电阻中的所述至少一个至少包括并联的FET和定值电阻器。7.如权利要求1所述的非福斯特电路，其中所述非福斯特电路起到开路稳定负阻抗转换器的作用。8.如权利要求1所述的非福斯特电路，其中所述非福斯特电路起到短路稳定负阻抗转换器的作用。9.如权利要求1所述的非福斯特电路，其中所述非福斯特电路起到开路稳定负阻抗变换器的作用。10.如权利要求1所述的非福斯特电路，其中所述非福斯特电路起到短路稳定负阻抗变换器的作用。11.如权利要求1所述的非福斯特电路，其中与负载导抗和/或呈现期望导抗的端子并联布置电阻器，从而帮助调除 电路寄生效应，以及其中所述转换率也是与所述端子并联布置的电阻器的电阻值的函数。12.—种非福斯特电路，其包括:两对交叉耦接的晶体管；第一连接端子和第二连接端子，所述第一连接端子连接到两对交叉耦接的晶体管中的第一对的第一载流电极，所述第二连接端子连接到两对交叉耦接的晶体管中的所述第一对的第二载流电极；第三连接端子，其连接到两对交叉耦接的晶体管中的第二对的载流电极；电流源，其用于为两对交叉耦接的晶体管中的每对的至少一个载流电极提供电流；两个共模反馈网络，每个共模反馈网络耦接到两对交叉耦接的晶体管中的每对的载流电极；以及第四连接端子，其耦接到两对交叉耦接的晶体管中的所述第二对的载流电极，至少部分基于在使用中连接在所述第二和第三连接端子上的第一和第二控制电阻的电阻乘积的函数设置在使用中连接在所述第一连接端子上的提供负载与在使用中呈现在所述第四连接端子上的负载之间的转换率。13.如权利要求12所述的非福斯特电路，其中所述交叉耦接的晶体管为双极晶体管。...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐纳德·A·希特克，卡森·R·怀特，迈克尔·W·扬，戴维·S·马修斯，苏珊·L·莫顿，杰森·W·梅，约瑟夫·科伯恩，
申请(专利权)人：HRL实验室有限责任公司，
类型：
国别省市：