具有大電感值、高q值的新型可調有源電感的製作方法
2023-05-19 17:42:26 1
具有大電感值、高q值的新型可調有源電感的製作方法
【專利摘要】本發明提供一種具有大電感值、高Q值的新型可調有源電感，涉及射頻集成電路技術，以解決現有的有源電感具有等效電感值和Q值較低，並且帶寬較窄的缺點的問題。該發明包括輸入輸出端、Cascode結構和偏置電流源，其中，還包括有源電阻反饋和分流支路，所述有源電阻反饋包括無源電阻和第二NMOS管並聯，並且所述有源電阻反饋兩端分別與所述第二電晶體的基極和所述第三電晶體的集電極連接；所述分流支路包括第一NMOS管，並且所述第一NMOS管的漏極與第三電晶體的發射極連接。本發明通過對有源電阻反饋和分流支路中的NMOS管電壓的調節，實現了有源電感具有大的電感值、高的Q值以及對電感值和Q值的可調諧性。
【專利說明】具有大電感值、高Q值的新型可調有源電感
【技術領域】
[0001]本發明涉及射頻集成電路【技術領域】，特別是涉及一種具有大電感值、高Q值的新型可調有源電感。
【背景技術】
[0002]電感在無線收發機中的各個射頻模塊(濾波器、低噪聲放大器、功率放大器、混頻器、壓控振蕩器等)有著重要作用，如阻抗變換、反饋、調諧、濾波等功能。
[0003]目前在這些集成電路模塊中應用的比較多的電感是無源螺旋電感，但它具有佔用晶片面積大、品質因數Q低、電感值不可調諧等缺點。隨著集成電路越來越向高速、微型、可調、便攜化方向發展，這些缺點愈發明顯。為了解決無源螺旋電感的這些缺點，人們提出了一種利用有源器件構成的等效電感電路(有源電感)來替代無源電感。
[0004]有源電感由於是採用有源器件構成，所以其佔用晶片的面積大為減少，只有無源螺旋電感的幾十到幾百分之一。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。但是傳統的有源電感具有等效電感值和Q值較低，並且帶寬較窄的缺點。
[0005]因此，當下需要迫切解決的一個技術問題就是:如何能夠創新的提出一種有效的措施，以滿足實際應用的需求。
【發明內容】
[0006]針對上述問題中存在的不足之處，本發明提供一種具有大電感值、高Q值的新型可調有源電感，使其具有大的電感值、高的Q值以及對電感值和Q值的可調諧性的特性。
[0007]為了解決上述問題，本發明提供一種具有大電感值、高Q值的新型可調有源電感，包括輸入輸出端、Cascode結構和偏置電流源,所述Cascode結構包括共射極連接的第一電晶體、共基極連接的第三電晶體和共集電極連接的第二電晶體，其中，還包括有源電阻反饋和分流支路，所述有源電阻反饋包括無源電阻和第二 NMOS管並聯，並且所述有源電阻反饋兩端分別與所述第二電晶體的基極和所述第三電晶體的集電極連接；所述分流支路包括第一 NMOS管，並且所述第一 NMOS管的漏極與第三電晶體的發射極連接。
[0008]優選的，所述偏置電流源包括第一電流源和第二電流源，所述第一電流源包括一PMOS管，為所述共射極連接的第一電晶體和所述共基極連接的第三電晶體提供偏置電流；所述第二電流源包括第三NMOS管，為所述共集電極連接的第二電晶體提供偏置電流。
[0009]優選的，調節所述PMOS管和所述第三NMOS管的柵壓來調節等效電流源電流的大小，實現對等效電感值和Q值的調節。
[0010]優選的，所述第二 NMOS管工作在三極體區，調節第二 NMOS管的柵壓，進而得到變化的等效電阻值，實現對等效電感值和Q值的調節。
[0011]優選的，調節所述第一 NMOS管的柵壓，控制所述分流支路電流的大小，並且通過改變流經所述共射極連接的第一電晶體和所述共基極連接的第三電晶體的電流，實現對等效電感值的調節。[0012]與現有技術相比，本發明具有以下優點:
[0013]本發明以Cascode結構為基本電路框架，引入了有源電阻反饋和分流支路，通過對有源電阻反饋和分流支路中的NMOS管電壓的調節，同時實現了有源電感具有大的電感值、高的Q值以及對電感值和Q值的可調諧性。
[0014]以下將結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細說明，該實施例僅用於解釋本發明。並不對本發明的保護範圍構成限制。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1是本發明的結構示意圖；
[0016]圖2是本發明的電路示意圖；
[0017]圖3是本發明的小信號電路圖；
[0018]圖4是本發明的等效電路圖；
[0019]圖5是本發明在偏置I條件下等效電感值隨頻率變化的關係圖；
[0020]圖6是本發明在偏置I條件下Q值隨頻率變化的關係圖；
[0021]圖7是本發明在偏置2條件下等效電感值隨頻率變化的關係圖；
[0022]圖8是本發明在偏置2條件下Q值隨頻率變化的關係圖。
[0023]主要元件符號說明:
[0024]1-輸入輸出端 2-偏置電流源 3-有源電阻反饋
[0025]4-Cascode結構 5_分流支路201-無源電阻
[0026]202-第二 NMOS 管 203-柵極電壓 211-第一 NMOS 管
[0027]212-柵極電壓 221-第一電晶體 222-第二電晶體
[0028]223-第三電晶體 231-PM0S管232-第三NMOS管
[0029]241-第一電流源 242-第二電流源
【具體實施方式】
[0030]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，下面結合附圖與實例對本發明作進一步詳細說明。但所舉實例不作為對本發明的限定。
[0031]如圖1和圖2所示，本發明的實施例包括輸入輸出端1、Cascode結構4和偏置電流源2，Cascode結構4包括共射極連接的第一電晶體221、共基極連接的第三電晶體223和共集電極連接的第二電晶體222，其中，還包括有源電阻反饋3和分流支路5，有源電阻反饋3包括無源電阻201和第二 NMOS管202並聯，並且有源電阻反饋3兩端分別與第二電晶體222的基極和第三電晶體223的集電極連接；分流支路5包括第一 NMOS管211，並且第
一NMOS管211的漏極與第三電晶體223的發射極連接。
[0032]本發明採用創新的有源電阻反饋3結構，有源電阻反饋3包括無源電阻201和第
二NMOS管202並聯，通過調節第二 NMOS管202的柵極電壓203使其工作在三極體區，從而得到隨柵極電壓203變化的可變電阻。
[0033]本發明有源電感的小信號電路圖和等效電路圖如圖3和圖4所示。有源電阻反饋3會在迴路中形成一個額外的感抗，從而有效地增加有源電感的等效電感值。隨著等效電感值的增大，Q值也隨之增大。有源電阻反饋3在等效電感302和串聯電阻303表達式的分子中分別引入了一個大於I的項(1+Rfg3m)，等效電感302隨有源電阻反饋3的增大而增大，而串聯電阻303則隨有源電阻反饋3的增大而減小，等效電感302的增大和串聯電阻303的減小都有利於Q值的增大，通過調節構成有源電阻反饋3的第二 NMOS管202的柵極電壓203改變有源電阻反饋3的大小來實現電感值和Q值的可調諧。
[0034]本發明的分流支路5包括第一 NMOS管211。通過調節第一 NMOS管211的柵極電壓212控制支路分流的大小，來改變流經第一電晶體221的電流，從而調節第一電晶體221的跨導，進而實現對等效電感值的調諧。分流支路5的引入，在等效電感302的表達式的分子中引入了 R。項，隨著第一 NMOS管211柵極電壓的增大R。減小，從而有利於等效電感值的增大，實現大電感值。
[0035]此外我們還可以通過調節PMOS管231和第三NMOS管232的柵壓來改變等效電流源的電流大小以實現對電晶體跨導的調節，最終實現對等效電感值和Q值的調節。
[0036]如圖3和圖4所不，為本發明電路的小彳目號電路圖和等效電路圖，其各等效參數表達式如下:
[0037]Cp=Cnl
【權利要求】
1.一種具有大電感值、高Q值的新型可調有源電感，包括輸入輸出端、偏置電流源和由共射極連接的第一電晶體、共基極連接的第三電晶體和共集電極連接的第二電晶體組成的Cascode結構，其特徵在於，還包括有源電阻反饋和分流支路，所述有源電阻反饋包括並聯的無源電阻和第二 NMOS管，並且所述有源電阻反饋兩端分別與所述第二電晶體的基極和所述第三電晶體的集電極連接；所述分流支路包括第一NMOS管，並且所述第一NMOS管的漏極與第三電晶體的發射極連接。
2.如權利要求1所述的具有大電感值、高Q值的新型可調有源電感，其特徵在於，所述偏置電流源包括第一電流源和第二電流源，所述第一電流源包括一 PMOS管，為所述共射極連接的第一電晶體和所述共基極連接的第三電晶體提供偏置電流；所述第二電流源包括第三NMOS管，為所述共集電極連接的第二電晶體提供偏置電流。
3.如權利要求2所述的具有大電感值、高Q值的新型可調有源電感，其特徵在於，調節所述PMOS管和所述第三NMOS管的柵壓來調節等效電流源電流的大小，實現對等效電感值和Q值的調節。
4.如權利要求3所述的具有大電感值、高Q值的新型可調有源電感，其特徵在於，所述第二 NMOS管工作在三極體區。
5.如權利要求4所述的具有大電感值、高Q值的新型可調有源電感，其特徵在於，調節所述第一 NMOS管的柵壓，控制所述分流支路電流的大小，並且通過改變流經所述共射級連接的第一電晶體和所述共基極連接的第三電晶體的電流，實現對等效電感值的調節。
【文檔編號】H03H11/04GK103532517SQ201310503445
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月23日 優先權日:2013年10月23日
【發明者】張萬榮, 高棟, 謝紅雲, 金冬月, 丁春寶, 趙彥曉, 陳亮, 付強, 魯東, 周孟龍, 張卿遠, 邵翔鵬, 霍文娟 申請人:北京工業大學