一種寬頻帶、高q值有源電感的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及射頻集成電路技術領域，尤其是涉及一種寬頻帶、高Q值有源電感。
【背景技術】
[0002]電感是射頻集成電路中重要的元件，廣泛地應用于濾波器、帶通濾波器、低噪聲放大器等各種射頻電路中。通常情況下，在這些電路設計中使用的是在片無源螺旋電感，但它存在著Q值低，自諧振頻率低、面積大、制作成本高、不利于集成、Q值和電感值不可調諧等缺陷。為此，人們提出采用有源器件合成有源電感來替代螺旋電感以解決這些問題。
[0003]有源電感是采用小尺寸的晶體管合成的，所以有源電感的尺寸相對很小，且可隨晶體管尺寸的縮小而相應縮小，有利于高密度集成，有效地降低生產成本。通過調節有源電感電路的偏置，可以對構成有源電感的跨導放大器的跨導進行調節，實現對等效電感值和Q值的調節。有源電感的這種可調諧性，可有效地補償因工藝、偏壓和溫度(PVT)的變化對集成電路的影響。但是現有的絕大部分集成有源電感工作頻率低(〈5GHZ)，在高頻段時Q值低，實部損耗較大，因此，主要應用于窄帶集成電路中。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種寬頻帶、高Q值有源電感。本發明有源電感中的負跨導放大器采用在共發射極-共基極結構的共基極管上加一個電壓調制管的結構，組成了電壓調制的共射-共基結構的復合管，增加了負跨導放大器的輸出阻抗，從而減小了有源電感的零點頻率，拓展了帶寬。本發明有源電感采用有源反饋電阻與可變電容來提高品質因子Q。此外，通過改變有源反饋電阻中的晶體管柵壓以及改變可變電容的等效電容值和分流支路的可調電壓源電壓，都可以實現對有源電感的電感值和品質因子Q的調節，使有源電感具有寬頻帶、高Q值的性能指標，可滿足寬帶集成電路的需求。
[0005]本發明采用如下技術方案:
[0006]—種寬頻帶、高Q值有源電感如圖1所示，其特征在于，包括:第一跨導放大器，第二跨導放大器，有源反饋電阻，可變電容，第一電流源，第二電流源，分流支路；所述第一跨導放大器為正跨導放大器，第二跨導放大器為負跨導放大器，所述的第一跨導放大器的輸出端與第二跨導放大器的輸入端連接，第一跨導放大器的輸入端與有源反饋電阻第一端連接，有源反饋電阻第二端與第二跨導放大器輸出端連接；所述的可變電容第一端與第二跨導放大器輸出端連接，可變電容第二端與可調電壓源連接；所述的第一電流源輸出端與負跨導放大器連接，第二電流源輸入端與正跨導放大器連接；所述的分流支路輸入端連接在負跨導放大器的放大管的輸出端。
[0007]1、兩個跨導放大器首尾連接構成回轉器，回轉器把第二跨導放大器的輸入電容回轉為等效電感。
[0008]2、進一步，所述第一跨導放大器與第二跨導放大器均由雙極型晶體管構成。
[0009]3、進一步，所述第二跨導放大器采用在共發射極-共基極結構的共基極管上加一個電壓調制管的復合管結構，第一跨導放大器采用單管結構，或者采用復合管結構。
[0010]4、進一步，所述可變電容采用MOS管構成，或者采用二極管構成，通過調節外部偏壓，可變電容的等效電容值是可調的。
[0011]5、進一步，所述的分流支路具有輸入端和可調電壓源。
[0012]所述第一跨導放大器為正跨導放大器，是回轉器的重要組成部分，第二跨導放大器為負跨導放大器，是回轉器的另一個重要組成部分，兩個跨導放大器首尾連接構成回轉器，回轉器把第一跨導放大器的輸入電容回轉為等效電感。
[0013]所述的第一跨導放大器的輸出端與第二跨導放大器的輸入端連接，第一跨導放大器的輸入端與有源反饋電阻第一端連接，有源反饋電阻第二端與第二跨導放大器輸出端連接，減小了有源電感的損耗電阻，從而提高了等效電感值和品質因子Q。
[0014]所述第一跨導放大器與第二跨導放大器均由雙極型晶體管構成。所述第二跨導放大器采用在共發射極-共基極結構的共基極管上加一個電壓調制管的復合管結構，增加了負跨導放大器的輸出阻抗，從而減小了有源電感的零點頻率，增加了帶寬，第一跨導放大器采用單管結構，或者采用復合管結構。
[0015]所述的可變電容第一端與第二跨導放大器輸出端連接，第二端與六可調電壓源連接。所述可變電容采用MOS管構成，或者采用二極管構成，可變電容的等效電容值隨外加電壓是可調節的，通過改變外加電壓源電壓，可以實現對有源電感電感值和Q值的調節。
[0016]所述的第一電流源與負跨導放大器器連接，為負跨導放大器提供偏置電流，第二電流源與正跨導放大器連接，為正跨導放大器提供偏置電流。
[0017]所述的分流支路輸入端連接在負跨導放大器的放大管的輸出端。所述分流支路晶體管柵極與第三可調電壓源連接，通過調節可調電壓源電壓以改變負跨導放大器的放大管的跨導，從而實現對有源電感電感值和Q值的調節。
[0018]與現有技術相比，本發明具有以下優點:
[0019]本發明有源電感中的負跨導放大器采用在共發射極-共基極結構的共基極管上加一個電壓調制管的結構，減小了有源電感的零點頻率，拓展了有源電感工作帶寬。并且采用有源反饋電阻與可變電容來提高品質因子Q。此外，通過改變有源反饋電阻中的晶體管柵壓和可變電容的等效電容值，分流支路的可調電壓源電壓，都可以實現對有源電感的電感值和品質因子Q的調節。電感值、品質因子和自諧振頻率的多種調節方式協同工作，可以使有源電感具有可高頻工作、在高頻下Q值大及調節范圍寬的特性，滿足寬帶集成電路的需求。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發明電感的結構框圖；
[0021]圖2是本發明電感的一個實施例；
[0022]圖3是圖2實施例中的可變電容與可調電壓源電壓的關系圖；
[0023]圖4是本發明電感的電感值與工作頻率的關系圖；
[0024]圖5是本發明電感的品質因子Q值與工作頻率的關系圖；
[0025]圖6是本發明電感的第一跨導的另一個實施例；
[0026]圖7是本發明電感的回轉器的另一個實施例；
[0027]圖8是本發明電感的可變電容的另一個實施例；
【具體實施方式】
[0028]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，下面結合附圖，對本發明作進一步詳細說明。
[0029]圖2是寬頻帶、高Q值有源電感的一個實施例。包括:包括:第一跨導放大器，第二跨導放大器，有源反饋電阻，可變電容，第一電流源，第二電流源，分流支路。
[0030]本實施例中第一跨導放大器由第一雙極型晶體管(Ql)構成，第一跨導放大器為正跨導放大器，第二跨導放大器由第二雙極型晶體管(Q2)、第三雙極型晶體管(Q3)與第四雙極型晶體管(Q4)構成，第二雙極型晶體管(Q2)和第三雙極型晶體管(Q3)構成共發射極-共基極結構，第四雙極型晶體管(Q4)作為電壓調制管與第二雙極型晶體管(Q2)和第三雙極型晶體管(Q3)構成的共發射極-共基極結構一起構成一個復合管，增加了負跨導放大器的輸出阻抗，從而減小了有源電感的零點頻率，增加了帶寬，第二跨導放大器為負跨導放大器。第二雙極型晶體管(Q2)的基極與發射極間的等效電容Cte2用作負載電容。正、負跨導放大器交叉連接構成回轉器，可以把第一雙極型晶體管(Ql)中的基極與發射極間的等效電容Ctel轉換為等效電感。有源反饋電阻由第一電阻(R1)和第三NMOS晶體管(Mr)并聯構成，連接在正負跨導放大器之間構成反饋，減小了有源電感損耗電阻，提高了有源電感的電感值和Q值。同時，通過改變第四可調電壓源電壓(Vr)，實現對電阻值的調節，進而實現對有源電感電感值和Q值的調節。可變電容由第四NMOS晶體管(Mc)和第六可調電壓源(Vc)構成，提高有源電感可調性。第一電流源由第一 PMOS晶體管(Ml)和第二 PMOS晶體管(M5)構成，為負跨導放大器提供直流偏置電流。第二電流源由第一 NMOS晶體管(M2)構成，為正跨導放大器提供直流偏置電流。分流支路由第二 NMOS晶體管(M3)構成，通過改變第三可調電壓源電壓(V3)，進而改變負跨導放大器的放大管的跨導值，實現對有源電感的電感值和品質因子Q的調節。多種調節電感值、品質因子和自諧振頻率的方式，可以使有源電感實現寬頻帶、高Q值的性能指標。
[0031]本實施例中的第一跨導放大器、第二跨導放大器構成的電路的【具體實施方式】為:第一雙極型晶體管(Ql)的基極作為第一跨導器的輸入端連接第三NMOS晶體管(Mr)的源極，第一雙極型晶體管(Ql)的發射極與第一 NMOS晶體管(M2)的漏極連接，第一雙極型晶體管(Ql)的集電極與電源連接。第二雙極型晶體管(Q2)的基極作為該有源電感的輸入輸出端與第一晶體管(Ql)的發射極和第一 NMOS晶體管(M2)的漏極連接，第二雙極型晶體管(Q2)的集電極與第三雙極型晶體管(Q3)的發射極和第四雙極型晶體管(Q4)的基極以及第二 NMOS晶體管(M3)的漏極連接，第二雙極型晶體管(Q2)的發射極與地連接。第三雙極型晶體管(Q3)的發射極與第二雙極型晶體管(Q2)的集電極和第四雙極型晶體管(Q4)的基極以及第二 NMOS晶體管(M3)的漏極連接在一起，第三雙極型晶體管(Q3)的基極與第四雙極型晶體管(Q4)的集電極和第二 PMOS晶體管(M5)的漏極連接，第三雙極型晶體管(Q3)的集電極與第一 PMOS晶體管(Ml)的漏極和第四NMOS晶體管(Mc)的漏極、源極以及第三NMOS晶體管(Mr)的漏極連接。第四雙極型晶體管(Q4)的基極與第二雙極型晶體管(Q2)的集電極和第三雙極型晶體管(Q3)的發射極以及第二 NMOS晶體管(M3)的漏極連接，第四雙極型晶體管(Q4)的發射極與地連接，第四雙極型晶體管(Q4)的集電極與第三雙極型晶體管(Q3)的基極第二 PMOS晶體管(M5)的漏極連接。
[0032]本實施例中的有源反饋電阻、可變電容構成的電路的【具體實施方式】為:第一電阻(Rl)的第一端口與第三NMOS晶體管(Mr)的發射極和第一雙極型晶體管(Ql)的基極連接，第一電阻(Rl)的第二端口與第三NMOS晶體管(Mr)的漏極和第四NMOS晶體管(Mc)的漏極、源極以及第三雙極型晶體管(Q3)的集電極連接。第三NM