可小型化設計的電感的製作方法

2023-06-06 06:39:11

可小型化設計的電感的製作方法
【專利摘要】本發明提供了一種可小型化設計的電感，包括：第一雙極型電晶體（Q1），第二雙極型電晶體（Q2），螺旋電感（Lf），第一MOS管（M1），第二MOS管（M2）。本發明結合了螺旋電感與電晶體合成電管（有源電感）的優點，能夠獲得大的電感值，並且電感值可調節，佔用面積小，品質因子高，功耗低。
【專利說明】可小型化設計的電感
【技術領域】
[0001]本發明涉及射頻器件與集成電路領域，特別是涉及一種電感。
【背景技術】
[0002]射頻集成電路中往往用到電感元件，電感用在輸入輸出匹配技術中可以實現最大功率的傳輸功能。電感用在頻率補償技術中可以拓展放大器的帶寬範圍和提高放大器的增益平坦度，基於電感的並聯峰化技術可以提高低噪聲放大器、功率放大器和混頻器的增益。此外，電感還廣泛應用在濾波器、振蕩器中。可以說，射頻集成電路都離不開電感元件。
[0003]在射頻集成電路中一般使用螺旋電感，螺旋電感在線性度、噪聲性能以及功耗方面都比較理想，但是螺旋電感佔用的晶片面積大，電感值不可調，螺旋電感的電感值與幾何尺寸密切相關，要想增大電感值以及提高品質因子Q值，則需要更大的晶片面積，難於集成。因此，要獲得具有較大電感值的螺旋電感，難度和成本增大。有源電感是通過電晶體和電阻、電容等元件合成電感，它最大的特點是佔用晶片面積小、品質因子Q值高，並且等效電感值和品質因子Q值可調。因此，有源電感逐漸成為了射頻集成電路的研究熱點。但是，對於有源電感，想要獲得較大電感值，會增加電路的功耗。

【發明內容】

[0004]本發明的目的是提供一種電感，該電感的電感值較大且可調、小面積、
[0005]品質因子聞、低功耗。
[0006]本發明採用如下技術方案:
[0007]一種螺旋電感與電晶體合成的電感，包括:第一雙極型電晶體(Q1)，第二雙極型電晶體(Q2)，螺旋電感(Lf)，第一 MOS管(M1)，第二 MOS管(M2)，其中，第一雙極型電晶體(Ql)的基極同時連接第一 MOS管(Ml)的漏極以及螺旋電感(Lf)的第一端，第一雙極型電晶體(Ql)的集電極同時連接第二雙極型電晶體(Q2)的基極以及第二 MOS管(M2)的源極，第二雙極型電晶體(Q2)的發射極連接螺旋電感(Lf)的第二端；第一 MOS管(Ml)的柵極與第二 MOS管(M2)的柵極分別連接第一可調電壓源與第二可調電壓源；第二雙極型電晶體(Q2)的集電極與第二 MOS管(M2)的漏極均連接3.3伏供電電壓；第一 MOS管(Ml)的源極與第一雙極型電晶體(Ql)的發射極均連接公共接地端，並且其中，第一雙極型電晶體(Ql)的基極是所述電感的第一端，公共接地端是所述電感的第二端。
[0008]所述第一雙極型電晶體(Ql)以及所述第二雙極型電晶體(Q2)是鍺矽異質結電晶體。
[0009]所述螺旋電感(Lf)是矽基螺旋電感。
[0010]所述第一可調電壓源的電壓調節範圍為O?3伏，所述第二可調電壓源的電壓調節範圍為O?3伏。
[0011]與現有技術相比，本發明具有以下優點:
[0012]本發明創新地將螺旋電感與電晶體合成電感(有源電感)結合起來，實現了具有較大電感值的電感，並且佔用面積較小，電感值可調節，品質因子高，功耗低。
[0013]本發明結合互補金屬氧化物半導體(CMOS)與異質結雙極電晶體(HBT)的優點，採用高線性度、低噪聲、低功耗的矽鍺雙極互補金屬氧化物半導體(SiGe BiCMOS)技術。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本發明電感的電路拓撲圖；
[0015]圖2是本發明的電感結構框圖；
[0016]圖3是本發明所採用的有源電感的電路圖及等效電路圖；
[0017]圖4是本發明電感的電感值與頻率的關係圖；
[0018]圖5是本發明電感的品質因子Q值與頻率的關係圖。
【具體實施方式】
[0019]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
[0020]圖，對本發明作進一步詳細說明。
[0021]如圖1所示，該電感包括:第一雙極型電晶體(Q1)，第二雙極型電晶體(Q2)，螺旋電感(Lf )，第一 MOS管(Ml )，第二 MOS管(M2)，其中，第一雙極型電晶體(Ql)的基極同時連接第一 MOS管(Ml)的漏極以及螺旋電感(Lf)的第一端，第一雙極型電晶體(Ql)的集電極同時連接第二雙極型電晶體(Q2)的基極以及第二MOS管(M2)的源極，第二雙極型電晶體(Q2)的發射極連接螺旋電感(1^)的第二端；第一 MOS管(Ml)的柵極與第二 MOS管(M2)的柵極分別連接第一可調電壓源與第二可調電壓源；第二雙極型電晶體(Q2)的集電極與第二 MOS管(M2)的漏極均連接3.3伏供電電壓；第一 MOS管(Ml)的源極與第一雙極型電晶體(Ql)的發射極均連接公共接地端，並且其中，第一雙極型電晶體(Ql)的基極是所述電感的第一端，公共接地端是所述電感的第二端。
[0022]所述第一雙極型電晶體(Ql)以及所述第二雙極型電晶體(Q2)是鍺矽異質結電晶體。
[0023]所述螺旋電感(Lf)是矽基螺旋電感。
[0024]所述第一可調電壓源的電壓調節範圍為O~3伏，所述第二可調電壓源的電壓調節範圍為O~3伏。
[0025]上述根據圖1所述的各電晶體、螺旋電感構成了本發明的電感的兩個部分:螺旋電感，有源電感。下面參照圖2所示，分別描述這兩個部分的工作原理以及構成每個部分的元件。A是本發明電感的第一端，B是電感的第二端，B端接地。
[0026]螺旋電感是矽基螺旋電感，即在矽襯底的氧化層之上加工金屬導體形成的微型電感器。螺旋電感的電感值與它的尺寸之間的關係粗略估計為:
[0027]L^l.2 X IO^Vr (I)
[0028]其中，L的單位為亨利，η是匝數；r是螺旋的半徑，單位為米。
[0029]螺旋電感近似設計電感值與匝數的關係:
Di^
[0030]η ?[-r]I/3(2)
丨.2 xll J、f
[0031]P是繞組的節距，單位為米/匝，設螺旋節距P為5微米/匝，根據表達式(I)與(2):
[0032]考慮一個1.5納亨的螺旋電感，要求的匝數大約為6，螺旋電感半徑為34微米；考慮一個70納亨的螺旋電感，要求的匝數大約為23，螺旋電感半徑為110微米。可以看出，電感值越大，螺旋電感的幾何尺寸更大，由於螺旋電感佔了晶片的大部分面積，晶片的小型化受到了限制。
[0033]本發明中採用的有源電感電路圖如圖3a所示，有源電感是電晶體合成電感，即由第一雙極型電晶體(Ql)，第二雙極型電晶體(Q2)，第一MOS管(Ml)，以及第二MOS管(M2)合成的電感，等效輸入阻抗呈電感特性，其等效電路如圖3b所示，其中，
[0034]
【權利要求】
1.一種可小型化設計的電感，其特徵在於，該電感包括:第一雙極型電晶體(Q1)，第二雙極型電晶體(Q2)，螺旋電感(Lf)，第一 MOS管(Ml)，第二 MOS管(M2)，其中，第一雙極型電晶體(Ql)的基極同時連接第一 MOS管(Ml)的漏極以及螺旋電感(Lf)的第一端，第一雙極型電晶體(Ql)的集電極同時連接第二雙極型電晶體(Q2)的基極以及第二 MOS管(M2)的源極，第二雙極型電晶體(Q2)的發射極連接螺旋電感(Lf)的第二端；第一 MOS管(Ml)的柵極與第二 MOS管(M2)的柵極分別連接第一可調電壓源與第二可調電壓源；第二雙極型電晶體(Q2)的集電極與第二 MOS管(M2)的漏極均連接3.3伏供電電壓；第一 MOS管(Ml)的源極與第一雙極型電晶體(Ql)的發射極均連接公共接地端，並且其中，第一雙極型電晶體(Ql)的基極是所述電感的第一端，公共接地端是所述電感的第二端。
2.如權利要求1所述的可小型化設計的 電感，其特徵在於，所述第一雙極型電晶體(Ql)以及所述第二雙極型電晶體(Q2)是鍺矽異質結電晶體。
3.如權利要求2所述的可小型化設計的電感，其特徵在於，所述螺旋電感(Lf)是矽基螺旋電感。
4.如權利要求3所述的可小型化設計的電感，其特徵在於所述第一可調電壓源的電壓調節範圍為O~3伏，所述第二可調電壓源的電壓調節範圍為O~3伏。
【文檔編號】H03H11/04GK103905012SQ201410117449
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年3月27日 優先權日:2014年3月27日
【發明者】趙彥曉, 張萬榮, 謝紅雲, 高棟, 趙飛義 申請人:北京工業大學