一種高q值、電感值與工作頻率范圍可調(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，特別是一種高Q值、電感值與工作頻率范圍可調(diào)諧的有源電感。
【背景技術(shù)】
[0002]在射頻集成電路(RFICs)中，電感是常用的元件之一。例如，在低噪聲放大器中，使用電感可以實(shí)現(xiàn)輸入輸出的匹配，提高放大器的增益平坦度;在電壓控制(電流控制)振蕩器中，使用電感可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的發(fā)生;在混頻器中，使用電感可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的調(diào)制。
[0003]在RFICs中通常使用片上螺旋電感。由于片上螺旋電感的電感值與其幾何尺寸密切相關(guān)，電感值越大時(shí)，占據(jù)的芯片面積越大，在實(shí)際應(yīng)用中，往往占據(jù)了大部分芯片面積，增加了芯片成本，限制了芯片集成度。且當(dāng)芯片上存在多個(gè)電感時(shí)，不同電感之間會(huì)產(chǎn)生互感效應(yīng)，嚴(yán)重影響了 RFIC的整體性能。片上螺旋電感還存在著品質(zhì)因子Q值低，電感值不可調(diào)等缺點(diǎn)。為了解決片上螺旋電感存在的問(wèn)題，采用晶體管等有源器件合成的有源電感應(yīng)運(yùn)而生。
[0004]相比較于片上螺旋電感，有源電感具有占用芯片面積較小，電感值與Q值可調(diào)，制作成本較低等優(yōu)點(diǎn)。有源電感除了可以代替無(wú)源電感使用外，還可以利用其可調(diào)性，補(bǔ)償因工藝偏差、寄生效應(yīng)等因素對(duì)RFIC性能產(chǎn)生的不利影響；可以重新配置RFIC參數(shù)，實(shí)現(xiàn)性能的調(diào)節(jié)。因此，在實(shí)際應(yīng)用中有源電感具有較高的實(shí)用價(jià)值。
[0005]現(xiàn)有的有源電感通常采用回轉(zhuǎn)器結(jié)構(gòu)，將回轉(zhuǎn)器自身的電容回轉(zhuǎn)為等效電感，其中的負(fù)跨導(dǎo)放大器往往采用單級(jí)放大器結(jié)構(gòu)，采用這種結(jié)構(gòu)的有源電感存在著電感值可調(diào)范圍小、Q值低、電感工作頻率范圍無(wú)法改變等缺點(diǎn)，限制了它們?cè)诟哳lRFICs中的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供一種高Q值、電感值與工作頻率范圍可調(diào)諧的有源電感。本發(fā)明有源電感中的負(fù)跨導(dǎo)放大器，在共源極-共柵極結(jié)構(gòu)的共柵極管上增加了多重電壓調(diào)制電路，不但增大了負(fù)跨導(dǎo)放大器的輸出阻抗，而且減小了由于等效串聯(lián)電阻造成的損耗，提高了有源電感的Q值;進(jìn)一步地，采用有源可調(diào)電阻作為反饋回路，能提高有源電感的Q值;另外，通過(guò)采用前置的可變電容，實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載電容的調(diào)節(jié)，增大了有源電感的電感值與Q值的可調(diào)范圍；同時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)有源反饋電阻的阻值以及調(diào)節(jié)負(fù)跨導(dǎo)放大器多重電壓調(diào)制電路的控制電壓，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)有源電感的電感值和Q值的調(diào)節(jié);通過(guò)調(diào)節(jié)正、負(fù)跨導(dǎo)放大器的偏置電流，可以改變正負(fù)跨導(dǎo)放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工作頻率范圍的調(diào)節(jié)，從而使有源電感在不同工作頻率范圍內(nèi)具有寬電感值調(diào)節(jié)范圍，同時(shí)也具有高Q值，可滿足寬調(diào)節(jié)范圍、高性能RFICs設(shè)計(jì)對(duì)電感的需要。
[0007]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0008]—種高Q值、電感值與工作頻率范圍可調(diào)諧的有源電感，如圖1所示，該有源電感包括可變電容、有源反饋電阻、正跨導(dǎo)放大器、負(fù)跨導(dǎo)放大器、第一可調(diào)電流源、第二可調(diào)電流源、隔直電容。
[0009]所述負(fù)跨導(dǎo)放大器的輸出端與正跨導(dǎo)放大器的輸入端通過(guò)有源反饋電阻連接;所述正跨導(dǎo)放大器的輸出端與負(fù)跨導(dǎo)放大器的輸入端連接;正跨導(dǎo)放大器與負(fù)跨導(dǎo)放大器相互交叉連接構(gòu)成回轉(zhuǎn)器，回轉(zhuǎn)器將正跨導(dǎo)放大器包括可變電容在內(nèi)的輸入電容回轉(zhuǎn)成等效電感。
[0010]所述的第一可調(diào)電流源與負(fù)跨導(dǎo)放大器連接，為負(fù)跨導(dǎo)放大器提供偏置電流;第二可調(diào)電流源與正跨導(dǎo)放大器連接，為正跨導(dǎo)放大器提供偏置電流。調(diào)節(jié)兩個(gè)可調(diào)電流源，能夠改變正負(fù)跨導(dǎo)放大器的偏置電流的大小，從而調(diào)節(jié)正負(fù)跨導(dǎo)放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)，使得有源電感的工作頻率范圍發(fā)生改變，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)于有源電感工作頻率范圍的調(diào)節(jié)。
[0011]所述隔直電容的第一端為有源電感的輸入端，第二端連接正跨導(dǎo)放大器的輸出端和負(fù)跨導(dǎo)放大器的輸入端。所述隔直電容能夠?yàn)V除跨導(dǎo)放大器中因直流偏置產(chǎn)生的信號(hào)干擾。
[0012]所述有源反饋電阻連接于正跨導(dǎo)放大器的輸入端和負(fù)跨導(dǎo)放大器的輸出端之間。有源反饋電阻的加入，增大了有源電感的輸出阻抗，減小了實(shí)部損耗，從而增大了有源電感的Q值，同時(shí)，調(diào)節(jié)有源反饋電阻的大小，也能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電感值和Q值的調(diào)節(jié)。
[0013]所述可變電容由一個(gè)NMOS晶體管構(gòu)成，可變電容的源極和漏極相連;柵極為可變電容的一端，柵極分別連接于正跨導(dǎo)放大器的輸入端和負(fù)跨導(dǎo)放大器的輸出端;襯底電極為可變電容的另一端，襯底電極與地端連接。通過(guò)調(diào)節(jié)可變電容的源極和漏極的電壓，柵極相對(duì)于地端的電容大小將發(fā)生改變，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)有源電感負(fù)載電容的調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)有源電感的電感值和Q值的調(diào)節(jié)。
[0014]所述正跨導(dǎo)放大器與負(fù)跨導(dǎo)放大器均由NMOS晶體管構(gòu)成。正跨導(dǎo)放大器采用單級(jí)放大器結(jié)構(gòu)，是回轉(zhuǎn)器的一個(gè)重要構(gòu)成部分。對(duì)負(fù)跨導(dǎo)放大器，是在共源極-共柵極結(jié)構(gòu)的共柵極管上，加入多重電壓調(diào)制結(jié)構(gòu)的復(fù)合結(jié)構(gòu)，是回轉(zhuǎn)器的另一個(gè)重要構(gòu)成部分。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0016]本發(fā)明有源電感中的負(fù)跨導(dǎo)放大器，在共源極-共柵極結(jié)構(gòu)的共柵極管上增加了多重電壓調(diào)制電路，不但增大了負(fù)跨導(dǎo)放大器的輸出阻抗，而且減小了由于等效串聯(lián)電阻造成的損耗，提高了有源電感的Q值;進(jìn)一步地，采用了有源可調(diào)電阻作為反饋回路，提高了有源電感的Q值;另外，采用了前置的可變電容，實(shí)現(xiàn)了對(duì)負(fù)載電容的調(diào)節(jié)，增大了有源電感的電感值與Q值的可調(diào)范圍；同時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)有源反饋電阻的阻值以及調(diào)節(jié)負(fù)跨導(dǎo)放大器多重電壓調(diào)制電路的控制電壓，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)有源電感的電感值和Q值的調(diào)節(jié);通過(guò)調(diào)節(jié)正負(fù)跨導(dǎo)放大器的偏置電流，可以改變正負(fù)跨導(dǎo)放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工作頻率范圍的調(diào)節(jié)，從而使有源電感在不同工作頻率范圍內(nèi)具有寬電感值調(diào)節(jié)范圍，同時(shí)具有高Q值，可滿足寬調(diào)節(jié)范圍、高性能RFICs設(shè)計(jì)對(duì)電感的需要。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是本發(fā)明有源電感的結(jié)構(gòu)框圖；
[0018]圖2是本發(fā)明有源電感的實(shí)施例電路拓?fù)涫疽鈭D；
[0019]圖3是本發(fā)明有源電感實(shí)施例在不同組合偏置條件下電感值與工作頻率的關(guān)系圖；
[0020]圖4是本發(fā)明有源電感實(shí)施例在不同組合偏置條件下Q值與工作頻率的關(guān)系圖；
[0021]圖5是本發(fā)明有源電感的負(fù)跨導(dǎo)放大器的另一個(gè)實(shí)施例。
【具體實(shí)施方式】
[0022]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，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0023]圖2是高Q值、電感值和工作頻率范圍可調(diào)諧的有源電感的一個(gè)實(shí)施例。包括可變電容、有源反饋電阻、正跨導(dǎo)放大器、負(fù)跨導(dǎo)放大器、第一可調(diào)電流源、第二可調(diào)電流源、隔直電容。
[0024]可變電容由第九MOS晶體管(M9)構(gòu)成，其源極與漏極相連接，柵極為電容的一端，襯底電極為電容的另一端，與地端連接，調(diào)節(jié)第九MOS晶體管(M9)的源極和漏極的電壓將改變第九MOS晶體管(M9)的溝道厚度，使得溝道電容發(fā)生改變，從而改變了有源電感的負(fù)載電容，為實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)有源電感的電感值與Q值提供了第一個(gè)必要條件。
[0025]有源反饋電阻由第七M(jìn)OS晶體管(M7)與電阻(Rl)并聯(lián)構(gòu)成，連接在正負(fù)跨導(dǎo)放大器之間。第七M(jìn)OS晶體管(M7)工作在線性區(qū)，調(diào)節(jié)第七M(jìn)OS晶體管(M7)的柵極電壓能實(shí)現(xiàn)其電阻值的變化。有源反饋電阻的加入，增大了有源電感的輸出阻抗，改善了實(shí)部損耗，提高了有源電感的Q值;通過(guò)調(diào)節(jié)有源反饋電阻的阻值能夠調(diào)節(jié)有源電感的輸出阻抗，進(jìn)而改變有源電感的電感值與Q值，為實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)有源電感的電感值與Q值提供了第二個(gè)必要條件。
[0026]負(fù)跨導(dǎo)放大器由第三MOS晶體管(M3)、第四MOS晶體管(M4)、第五MOS晶體管及第六MOS晶體管(M6)構(gòu)成。第三MOS晶體管(M3)與第六MOS晶體管(M6)構(gòu)成共源極-共柵極結(jié)構(gòu)，第四MOS晶體管(M4)與第五MOS晶體管構(gòu)成多重電壓調(diào)制電路，與第三MOS晶體管(M3)、第六MOS晶體管(M6)構(gòu)成的共源極-共柵極結(jié)構(gòu)一起構(gòu)成了復(fù)合結(jié)構(gòu)?？烧{(diào)制的負(fù)跨導(dǎo)放大器的采用，不但增大了有源電感的輸出阻抗，而且減小了由于等效串聯(lián)電阻造成的損耗，提高了有源電感的Q值；同時(shí)，由于多重電壓調(diào)制結(jié)構(gòu)的加入，增強(qiáng)了有源電感的可調(diào)性，為實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)有源電感的電感值與Q值提供了第三個(gè)必要條件。
[0027]正跨導(dǎo)放大器由第八MOS晶體管(M8)構(gòu)成，為單級(jí)共源極放大器。正跨導(dǎo)放大器與負(fù)跨導(dǎo)放大器相互交叉連接構(gòu)成了回轉(zhuǎn)器結(jié)構(gòu)，將正跨導(dǎo)放大器的輸入電容回轉(zhuǎn)為等效電感。
[0028]第一可調(diào)電流源由第一MOS晶體管(Ml)和第二 MOS晶體管(M2)構(gòu)成，為負(fù)跨導(dǎo)放大器提供直流偏置。第二可調(diào)電流源由第十MOS晶體管(MlO)構(gòu)成，為正跨導(dǎo)放大器提供直流偏置。調(diào)節(jié)兩個(gè)可調(diào)電流源，將改變正負(fù)跨導(dǎo)放大器的偏置電流的大小，從而調(diào)節(jié)正負(fù)跨導(dǎo)放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)，使得有源電感的工作頻率范圍發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)了對(duì)于有源電感工作頻率范圍的調(diào)節(jié)。
[0029]隔直電容由電容(Cl)構(gòu)成，用來(lái)濾除跨導(dǎo)放大器中因直流偏置產(chǎn)生的信號(hào)干擾。
[0030]該實(shí)施例中電路的【具體實(shí)施方式】為:
[0031]第一MOS晶體管(Ml)的漏極與VDD相連，源極與第四MOS晶體管(M4)的漏極相連，柵極連接第一可調(diào)電壓源Vtunel;第二 MOS晶體管(M2)的漏極與VDD相連，源極與第三MOS晶體管(M3)的漏極相連，柵極連接第二可調(diào)電壓源Vtune2。第四MOS晶體管(M4)