非福斯特電路的製作方法

2023-09-24 02:01:10

非福斯特電路的製作方法【專利摘要】一種差分電路拓撲結構，其用於產生可調浮動負電感、負電容、負電阻/電導、或者三者的組合。這些電路通常被稱為「非福斯特電路」。所公開的這些電路的實施例包括兩對交叉耦接的差分電晶體、負載導抗、多個電流源、兩個共模反饋（CMFB）網絡、至少一個可調（可變）電阻、以及兩個呈現期望導抗的端子。所公開的這些電路的實施例可被配置為負阻抗變換器（NII）或負阻抗轉換器（NIC）並為開路穩定（OCS）或短路穩定（SCS）的。【專利說明】非福斯特電路[0001]相關申請的交叉引用[0002]本申請要求於2011年4月7日提交的序號為61/473，076且標題為「WidebandAdaptableArtificialImpedanceSurface」的美國臨時申請的優先權，現通過引用將該美國臨時申請的公開併入本文。[0003]本申請還要求於2011年7月6日提交的序號為61/505，037且標題為「DifferentialNegativeImpedanceConvertersandInverterswithTunableConversionRatios」的美國臨時申請的優先權,現通過引用將該美國臨時申請的公開併入本文。[0004]本申請與於2011年7月6日提交的序號為13/177，479且標題為「WideBandwidthAutomaticTuningCircuit」的美國專利申請(代理人案號:626367-2)相關,現通過引用將該美國專利申請的公開併入本文。【
技術領域：
】[0005]本技術針對差分電路拓撲結構，其用於產生可調或可變負電感、負電容、負電阻/電導、或者三者的組合。除上所述，本技術還針對具有可變或可調轉換比率的差分負阻抗轉換器和變換器。【
背景技術：
】[0006]非福斯特電路(NFC)本身已經是現有技術中眾所周知的並可被配置為負阻抗變換器(NII)或負阻抗轉換器(NIC)。前者將負載導抗轉換為它的逆反(例如，將電容器轉換為負感應器)，後者將負載導抗轉換為它的負值(例如，將電容器轉換為負電容器)。[0007]J.G.Linvill首先在1953年6月的ProceedingsoftheIRE,vol.41,pp.725-729中的「TransistorNegative-1mpedanceConverters」中提出了NIC電路存在的可能性。[0008]本技術與Linvill的NIC不同，它是一種單端的NIC。Linvill提出:1)浮動NIC不能用於Nil操作並且不能通過可變電阻器調整；以及2)接地的NIC為單端的，因此不適用於需要浮動導抗的情況。接地NIC的缺點是偏置電流必須流經負載(當負載為電容器時是存在問題的)或流經負載附近(這會導致共振，當使用感應器時會導致振蕩，或者使用電阻器時會導致性能下降)。此外，製作這些電路時使用了分立式電晶體，而偏置網絡是由電阻分壓構成的，這與集成電路(1C)的設計是不同的形式，並且在創建負電感和電容時會導致低性能。其他人也使用分立式電晶體構建了單端Linvill電路。例如，參見S.E.Sussman-Fort和R.M.Rudish於2009年8月在IEEETransactionsonAntennasandPropagation,Vol.57中的「Non-FosterImpedanceMatchingofElectrically-SmallAntennas，，。[0009]R.L.Brennan、T.R.Viswanathan和J.V.Hanson提出了CMOS中的NICIC,但是它只是一種單端電路，並且它只考慮了生成負電阻的能力。參見1988年10月IEEEJournalofSolid-StateCircuits,vol.32，n0.5中的「TheCMOSNegativeImpedanceConverter，，。[0010]已經已知負阻抗轉換器(NIC)和變換器(NII)有數十年了，長久以來一直有將它們用於天線阻抗匹配應用的需要。但是，由於電路的不穩定性(即，電路趨于振蕩)，幾乎沒有成功實現這些電路。據信，沒有任何先前的實證表明這些電路可以被商業化生產；更確切地，不得不在實驗中進行調整。本技術滿足了能夠被大量生產的設計需要，並顯示出在適當的負載條件下是穩定的。【
發明內容】[0011]本技術是一種差分電路拓撲結構，其用於產生可調浮動負電感、負電容、負電阻/電導、或者三者的組合。這些電路通常被稱為「非福斯特(non-Foster)電路」。該電路包括兩對交叉耦接的差分電晶體、負載導抗、多個電流源、兩個共模反饋(CMFB)網絡、至少一個可調電阻、呈現期望導抗的兩個端子。該電路可被配置為負阻抗變換器(NII)或負阻抗轉換器(NIC)。[0012]本技術的目的是創建負感應器、電容器、電阻器(即非福斯特電路)，從而顯著增加天線和超材料的帶寬。眾所周知，這兩種應用受到帶寬的限制，因此特別試圖使它們小型化，例如使用電小天線(ESA)。已經展示出非福斯特電路可顯著提升匹配電路的性能，該匹配電路用於使ESA與無線電接收機和/或發送機匹配。但是，用於實現該改進的努力極少成功，這是因為:第一，這些電路具有潛在的不穩定性；以及第二，它們必須被以較小的穩定裕度操作。ESA的最一般定義是(有源元件的)最大尺寸不大於天線期望以其操作的頻率的波長的1/2π。因此，對於長度為λ/2π的偶極子，將直徑為λ/2π的環或對角線尺寸為λ/231的板塊看作電小。[0013]本文所公開的電路具有下面的一些可視為優點的方面:差分拓撲允許偏置網絡與RF穩定性分析的分離；可調性允許電路接近不穩定點但實際不會到達不穩定狀態，還能夠調除寄生效應；以及該電路可實施在1C中。1C實施還具有更多優點:由於小尺寸而減小了寄生效應，實施偏置網絡的豐富選項，用於差分拓撲的良好設備匹配，小尺寸允許將電路置於小空隙中，可針對陣列應用實現數百或更多的電路(這利用現有技術是不實際的)。[0014]所公開的電路為非福斯特電路(NFC)，其包括:兩對交叉耦接的差分電晶體，這兩對差分電晶體的每個電晶體都具有一對載流電極和一個控制電極，所述兩對差分電晶體的第一對中的電晶體的控制電極耦接到所述兩對差分電晶體的第二對中的電晶體的一個載流電極，所述兩對差分電晶體的第二對中的電晶體的控制電極耦接到所述兩對差分電晶體的第一對中的電晶體的一個載流電極；負載導抗和第一控制電阻，所述負載導抗耦接到所述兩對差分電晶體的所述第一對中的每個電晶體的一個載流電極，所述第一控制電阻耦接到所述兩對差分電晶體的所述第一對中的每個電晶體的另一個載流電極；多個電流源，用於為所述兩對差分電晶體的每個電晶體的至少一個載流電極提供電流；兩個共模反饋網絡，每個共模反饋網絡耦接到兩對差分電晶體的一對中的電晶體的載流電極；以及呈現期望導抗的端子和第二控制電阻，所述端子耦接到所述兩對差分電晶體的所述第二對中的每個電晶體的一個載流電極，所述第二控制電阻耦接到所述兩對差分電晶體的所述第二對中的每個電晶體的另一個載流電極，第一和第二控制電阻的電阻值乘積設置負載導抗與期望導抗之間的轉換率。【專利附圖】【附圖說明】[0015]圖la至圖1d描繪了差分可調NII/NIC的四個實施例，它們是開路穩定(0CS)或短路穩定(SCS)的。[0016]圖2與圖1相似，展示用於代替雙極電晶體的FET電晶體。[0017]圖3描繪了利用BiCMOS處理實現的可調SCSNII的示意圖。【具體實施方式】[0018]差分電路拓撲結構可產生可調浮動負電感、負電容、負電阻/電導、或者三者的組合。產生負電容、電感和/或電阻的電路通常被稱為「非福斯特電路」，這是因為它們違背了福斯特關於無源無損1埠電路的電抗定理，該定理表明，電抗和電納必須頻繁地增長。[0019]圖la至圖1d中展示的電路分別包括兩對交叉耦接的差分電晶體(Ql、Q2和Q3、Q4;展示了雙極電晶體，但是如果需要可使用FET代替)、跨越一對差分電晶體連接的負載導抗(Υ^或ZJ、四個電流源(CS1-CS4)、兩個共模反饋網絡(CMFB1和CMFB2)、跨越兩對差分電晶體連接的四個可調(可變)電阻器(R1-R4)、以及呈現期望導抗的兩個端子(圖la和圖1d中的YNII;圖lb和圖lc中的ΖΝΠ)。圖la-圖1d中展示了四個實施例，描繪了開路穩定(0CS)或短路穩定(SCS)的NII和NIC的拓撲結構。在所有的四個實施例中，電阻器R1和R2的值改變了轉換比率一導致可調操作一併且它們中的任意一個可以被固定。R3和R4是可選擇性使用的可調電阻，例如為了調除寄生電阻/電導，根據需要，它們可以是可調的、固定的、或可以被刪除。如在下面的分析中看出的，R4不影響端子上生成的導抗，因此，如果使用了R4，則端子上生成的導抗受由R1和R2以及由R4(如果存在)設置的轉換率的影響。[0020]圖la描繪了SCSNII的實施例，其具有兩對交叉耦接的差分電晶體(Q1、Q2和Q3、Q4)和兩個共模反饋網絡(CMFB1和CMFB2)。假定為理想電晶體，輸入導納為:[0021]Y^-l/TRiRJJ+l/Rp[0022]其中，札為電阻器R1的電阻，R2為電阻器R2的電阻，等等。[0023]在圖la的優選實施例中，負載只是電容器，使得電路產生負電感，可以刪除R4使得1/&退出等式，從而使其簡化。電路為SCS表明當輸出被短路時一定穩定。在使用中，SCS電路通常會與並聯諧振導納(如，隙縫天線或人造磁導體單位晶格)並聯布置，從而確保DC的穩定性。[0024]圖2展示了用於代替圖la的雙極電晶體Q1-Q4的FETQ1-Q4。該替換是直接進行的，因此只描繪圖la的SCSNII，但是對於圖lb-圖1d的NFC也可容易地實施。[0025]圖lb描繪了一個OCSNII，其中的輸入阻抗是由負載阻抗的按比例倒置與R4的並聯的組合給出的:[0026]ZNII=(-啊久)//R4[0027]可將苴重寫為.....(二1.......tL」J付z、裡勹力(-/?丨/?2/2,)+/?4[0028]其中札為電阻器R1的電阻，R2為電阻器R2的電阻，等等。[0029]圖lb的實施例為0CS，其確保端子開路時穩定。例如，在使用中，0CS可與串聯諧振阻抗(如，單極和雙極型天線)串聯布置，從而確保DC的穩定性。在圖lb的優選實施例中，4包括被轉化的電容器，用於創建負電感。可刪除電阻器R4，從而將上面的等式簡化為:[0030]ZnP-R^/Zl[0031]圖lc和圖1d中分別描繪了0CS和SCS的NIC電路。假定為理想電晶體，輸入導抗可通過適當替代電阻器、負載和輸出來根據NII的進行計算。在優選實施例中，電容器被轉換為負電容器。應當理解，其它的實施例會對感應器、電阻器、或者電容器、感應器、電阻器的組合進行轉化/轉換。[0032]在所有情況中，負載導抗與期望導抗之間的轉換率為R1和R2的值的乘積的函數，但是如果存在R4，該轉換率也是R4的值的函數。該轉換率還是交叉耦接的電晶體的跨導的函數，這在2012年1月的IEEEMicrowaveandWirelessComponentsLetters,Vol.22，N0.1中公開的標題為「AVariableNegative-1nductanceIntegratedCircuitatUHFFrequencies(UHF頻率的可變負電感集成電路)」的論文中給予了更全面的說明，在此通過引用將其公開的內容併入本文，並在此作為附錄A。[0033]對本發明進行了簡化，從而使用BiCMOS處理進行實踐。根據圖la的實施例設計和製造了一種lxlmm2的1C，該1C具有_70nH至_40nH的可調電感。圖3中展示的整體示意圖展示了利用PM0SFET電晶體和電阻器、以及具有電流鏡的電流源實現CMFB1和CMFB2的技術。該實施例包含了單獨的可調或可變的電阻器R2，該R2通過NM0SFET電晶體實施並且優選地與固定電阻器並聯；R2的電阻隨著NM0SFET的柵極電壓的變化而變化。在圖3的實施例中，未實施圖la中的可選的電阻器R3和R4。共模反饋電路CMFB1和CMFB2的電阻器優選的是具有高阻值，從而對共模反饋電路CMFB1的與負載電容器並聯的、並在輸出端(圖3的負電感端子)被轉換為負電阻的電阻器的影響甚微。同樣，在圖3的實施例中，以電流鏡實現了圖la的四個電流源，電流鏡將分別來自四個電流源的基準電流設置為相同值，其大小可由外部電壓Vc控制。[0034]關於實踐該減小的更多討論在上述的2012年1月在IEEEMicrowaveandWirelessComponentsLetters,Vol.22,N0.1公開的標題為「AVariableNegative-1nductanceIntegratedCircuitatUHFFrequencies，，的論文中進行了闡述。[0035]已經結合一些實施例對本發明進行了描述，本領域內的技術人員自然會想到對本發明的修改。因此，本發明不僅限於所公開的各實施例，除非所附權利要求特別要求。[0036]優選地，包括本文描述的所有元件、部件和步驟。需要了解的是，任意所有的這些元件、部件和步驟都可被其它元件、部件和步驟替換或可以被全部刪除，這對本領域內的技術人員是顯而易見的。[0037]概括地，本文至少公開了一種差分電路拓撲結構，其用於產生可調浮動負電感、負電容、負電阻/電導、或者三者的組合。這些電路通常被稱為「非福斯特電路」。所公開的這些電路的實施例包括兩對交叉耦接的差分電晶體、負載導抗、多個電流源、兩個共模反饋(CMFB)網絡、至少一個可調(可變)電阻、以及兩個呈現期望導抗的端子。所公開的這些電路的實施例可被配置為負阻抗變換器(NII)或負阻抗轉換器(NIC)，並為開路穩定(0CS)或短路穩定(SCS)的。[0038]構思[0039]本文還公開了至少下面的構思。[0040]構思1.一種非福斯特電路，其包括:[0041]交叉耦接的兩對差分電晶體，所述兩對差分電晶體的每個電晶體具有一對載流電極和一個控制電極，所述兩對差分電晶體的第一對中的電晶體的控制電極耦接到所述兩對差分電晶體的第二對中的電晶體的一個載流電極，所述兩對差分電晶體的第二對中的電晶體的控制電極耦接到所述兩對差分電晶體的第一對中的電晶體的一個載流電極；[0042]負載導抗和第一控制電阻，負載導抗耦接到所述兩對差分電晶體中的所述第一對的每個電晶體的一個載流電極，第一控制電阻耦接到所述兩對差分電晶體中的所述第一對的每個電晶體的另一個載流電極；[0043]電流源，其用於為所述兩對差分電晶體中的每個電晶體的至少一個載流電極提供電流；[0044]兩個共模反饋網絡，每個共模反饋網絡耦接到所述兩對差分電晶體中的一對的電晶體的載流電極；以及[0045]在其上產生期望導抗的端子和第二控制電阻，所述端子耦接到所述兩對差分電晶體中的所述第二對中的每個電晶體的一個載流電極，第二控制電阻耦接到所述兩對差分電晶體中的所述第二對中的每個電晶體的另一個載流電極，至少部分基於第一和第二控制電阻的電阻值乘積的函數設置負載導抗與期望導抗之間的轉換率。[0046]構思2.如構思1所述的非福斯特電路，其中所述電晶體為雙極電晶體。[0047]構思3.如構思1所述的非福斯特電路，其中所述電晶體為FET電晶體。[0048]構思4.如構思1所述的非福斯特電路，其中所述第一控制電阻和第二控制電阻中的至少一個是可變的。[0049]構思5.如構思4所述的非福斯特電路，其中所述第一控制電阻和第二控制電阻中的所述至少一個至少包括FET。[0050]構思6.如構思4所述的非福斯特電路，其中所述第一控制電阻和第二控制電阻中的所述至少一個至少包括並聯的FET和定值電阻器。[0051]構思7.如構思1所述的非福斯特電路，其中所述非福斯特電路起到開路穩定負阻抗轉換器的作用。[0052]構思8.如構思1所述的非福斯特電路，其中所述非福斯特電路起到短路穩定負阻抗轉換器的作用。[0053]構思9.如構思1所述的非福斯特電路，其中所述非福斯特電路起到開路穩定負阻抗變換器的作用。[0054]構思10.如構思1所述的非福斯特電路，其中所述非福斯特電路起到短路穩定負阻抗變換器的作用。[0055]構思11.如構思1所述的非福斯特電路，其中與所述負載導抗和/或呈現期望導抗的端子並聯布置電阻器，從而幫助調除電路寄生效應，其中所述轉換率也是與所示端子並聯布置的電阻器的電阻值的函數。[0056]構思12.—種非福斯特電路，其包括:[0057]兩對交叉耦接的電晶體；[0058]第一連接端子和第二連接端子，第一連接端子連接到兩對交叉耦接的電晶體中的第一對的第一載流電極，第二連接端子連接到兩對交叉耦接的電晶體中的所述第一對的第二載流電極；[0059]第三連接端子，其連接到兩對交叉耦接的電晶體中的第二對的載流電極；[0060]電流源，其用於為兩對交叉耦接的電晶體中的每對的至少一個載流電極提供電流；[0061]兩個共模反饋網絡，每個共模反饋網絡耦接到兩對交叉耦接的電晶體中的每對的載流電極；以及[0062]第四連接端子，其耦接到兩對交叉耦接的電晶體中的所述第二對的載流電極，至少部分基於在使用中連接在所述第二和第三連接端子上的第一和第二控制電阻的電阻乘積的函數設置在使用中連接在所述第一連接端子上的提供負載與在使用中呈現在所述第四連接端子上的負載之間的轉換率。[0063]構思13.如構思12所述的非福斯特電路，其中所述交叉耦接的電晶體為雙極電晶體。[0064]構思14.如構思12所述的非福斯特電路，其中所述交叉耦接的電晶體為FET電晶體。[0065]構思15.如構思12所述的非福斯特電路，其中所述第一控制電阻和第二控制電阻中的至少一個是可變的。[0066]構思16.如構思15所述的非福斯特電路，其中所述第一控制電阻和第二控制電阻中的所述至少一個至少包括FET。[0067]構思17.如構思15所述的非福斯特電路，其中所述第一控制電阻和第二控制電阻中的所述至少一個至少包括並聯的FET和定值電阻器。[0068]構思18.如構思12所述的非福斯特電路，其中所述非福斯特電路起到開路穩定負阻抗轉換器的作用。[0069]構思19.如構思12所述的非福斯特電路，其中所述非福斯特電路起到短路穩定負阻抗轉換器的作用。[0070]構思20.如構思12所述的非福斯特電路，其中所述非福斯特電路起到開路穩定負阻抗變換器的作用。[0071]構思21.如構思12所述的非福斯特電路，其中所述非福斯特電路起到短路穩定負阻抗變換器的作用。[0072]構思22.如構思12所述的非福斯特電路，其中與所述第一連接端子上的電抗性負載並聯布置電阻器，從而幫助調除電路寄生效應。[0073]構思23.如構思12所述的非福斯特電路，其中所述轉換率也是與所述第四連接端子並聯布置的電阻器的電阻值的函數。[0074]構思24.—種非福斯特電路，其包括:[0075]兩對交叉耦接的電晶體；[0076]第一連接端子和第二連接端子，第一連接端子連接到兩對交叉耦接的電晶體中的第一對的第一載流電極，第二連接端子連接到兩對交叉耦接的電晶體中的所述第一對的第二載流電極；[0077]第三連接端子，其連接到兩對交叉耦接的電晶體中的第二對的載流電極；[0078]電流源，其用於為兩對交叉耦接的電晶體中的每對的至少一個載流電極提供電流；[0079]兩個共模反饋網絡，每個共模反饋網絡耦接到兩對交叉耦接的電晶體中的每對的載流電極；以及[0080]第四連接端子，其耦接到兩對交叉耦接的電晶體中的所述第二對的載流電極。[0081]構思25.如構思24所述的非福斯特電路，其中所述交叉耦接的電晶體為雙極電晶體。[0082]構思26.如構思24所述的非福斯特電路，其中所述交叉耦接的電晶體為FET電晶體。[0083]構思27.如構思24所述的非福斯特電路，其中所述第一控制電阻和第二控制電阻中的至少一個是可變的。[0084]構思28.如構思27所述的非福斯特電路，其中所述第一控制電阻和第二控制電阻中的所述至少一個至少包括FET。[0085]構思29.如構思27所述的非福斯特電路，其中所述第一控制電阻和第二控制電阻中的所述至少一個至少包括並聯的FET和定值電阻器。[0086]構思30.如構思24所述的非福斯特電路，其中所述非福斯特電路起到開路穩定負阻抗轉換器的作用。[0087]構思31.如構思24所述的非福斯特電路，其中所述非福斯特電路起到短路穩定負阻抗轉換器的作用。[0088]構思32.如構思24所述的非福斯特電路，其中所述非福斯特電路起到開路穩定負阻抗變換器的作用。[0089]構思33.如構思24所述的非福斯特電路，其中所述非福斯特電路起到短路穩定負阻抗變換器的作用。[0090]構思34.如構思24所述的非福斯特電路，其中在使用中與所述第一連接端子上的電抗性負載並聯布置電阻器，從而幫助調除電路寄生效應。[0091]構思35.如構思24所述的非福斯特電路，其中在使用中連接在所述第一連接端子上的電抗與在使用中呈現在所述第四連接端子上的負電抗之間的轉換率是至少部分基於在使用中連接在所述第一和第三連接端子上的第一和第二控制電阻的電阻乘積的函數。[0092]構思36.如構思35所述的非福斯特電路，其中所述轉換率也是與所述第四連接端子並聯布置的電阻器的電阻值的函數。[0093]構思37.如構思35所述的非福斯特電路，其中所述轉換率也是所述交叉耦接的電晶體的跨導的函數。[0094]附錄A[0095]IEEEMICROWAVEANDWIRELESSCOMPONENTSLETTERS,VOL.22，N0.1，[0096]JANUARY2012[0097]ManuscriptreceivedJuly26，2011;acceptedOctober20，2011dateofpublicationDecember16，2011;dateofcurrentversionJanuary11,2012.ThisworkwassupportedinpartbytheU.S.AirForceResearchLaboratoryundercontractFA8718-10-C-0007.[0098]TheauthorsarewiththeHRLLaboratories,LLC.,Malibu,CA90265USA(e-mail:[email protected]).[0099]Colorversionsofoneormoreofthefiguresinthisletterareavailableonlineathttp://ieeexplore.1eee.0rg.[0100]DigitalObjectIdentifierl0.1109/LMWC.2011.2175718[0101]UHF頻率的可變負電感集成電路[0102]CarsonR.White,Member,IEEE,Jasonff.May,Member,IEEE,and[0103]JosephS.Colburn,Member,IEEE[0104]摘要一提出了根據Linvill的不平衡負阻抗轉換器得到的浮動可變的負阻抗變換器(NII)。已經利用從_64nH調諧到-40nH的電感使用IBM8HPBiCMOS處理實現了一種負電感集成電路(1C)。該1C為短路穩定的(已經過實驗驗證)並且在端子處被dc耦合，使其能夠直接應用於隙縫天線和人造磁導體的導納消除。本文描述了電路拓撲、測量技術、和測量數據。[0105]索引詞——有源天線，有源電感，阻抗匹配，非福斯特電路，可調電路和器件[0106]1.引言[0107]由於空氣動力學和設計風格的原因，在許多移動平臺上都尤其期望使用共形和隱藏式天線。但是，在VHF和UHF頻率下，許多相關的平臺的都為約一個波長或更小，這要求天線為電小天線，導致當採用無源匹配時基本帶寬效應折衷。同樣地，諸如人造磁導體之類的元表面(metasurface)的帶寬受電厚度的限制[1]。[0108]非福斯特電路[2](之所以被稱為非福斯特電路是因為它們違背了福斯特電抗定理)通過利用負電感器或負電容器取消了天線[3]或寬帶寬上的表面[4]導抗來克服這些限制。可以使用負阻抗轉換器(NIC)或負阻抗變換器(NII或NIV)來合成這些非無源無功元件，NIC或NII是分別將無源電容器轉換為負電容器或負感應器的反饋電路。[0109]早在1965年就使用接地NII[5]描述了1kHz下的負電感，而且許多作者使用各種類型的運算放大器和操作在1MHz以下的電流輸送機描述了用於浮動負電感的電路。已經針對微波頻率提出了基於電晶體的負電感電路[6]，[7];但是，這些作者沒有意識到1MHz以上的浮動負電感的穩定論證。[0110]實現非福斯特電路的主要挑戰在於穩定性；NIC和NII是附條件穩定的，由於導抗消除更完全，因此穩定性裕度通常接近零。該挑戰被實際電路中的偏置網絡寄生效應放大，偏置網絡寄生效應能導致振蕩、閉鎖或減小的電路性能。作者提出了具有以下優點的差分NI1:通過對稱將可變NII的操作與偏置網絡分離，轉換率變化而不改變靜態電流或節點電壓，並且不需要扼流或dc阻斷。從Linvill的NIC[3]，[8]得到該差分集成電路(1C)，並且從5pF的電容器合成_64nH到_40nH的可變浮動電感。當連接到感應RF探針時，該電路穩定。本文描述了電路拓撲，之後描述了測量技術及測量數據。[0111]I1.電路描述和設計[0112]負電感1C的核心是差分NII(圖1)，其包括兩對交叉耦合的差分NPN電晶體。NII將負載導納(連接在Q1和Q2的集電極之間)在RF端子處(Q3和Q4的集電極之間)轉換為其負逆(通過轉換因子縮放)。忽略輸出節點處的寄生效應:[0113]【權利要求】1.一種非福斯特電路，其包括:交叉耦接的兩對差分電晶體，所述兩對差分電晶體的每個電晶體具有一對載流電極和一個控制電極，所述兩對差分電晶體的第一對中的電晶體的控制電極耦接到所述兩對差分電晶體的第二對中的電晶體的一個載流電極，所述兩對差分電晶體的第二對中的電晶體的控制電極耦接到所述兩對差分電晶體的第一對中的電晶體的一個載流電極；負載導抗和第一控制電阻，所述負載導抗耦接到所述兩對差分電晶體中的所述第一對的每個電晶體的一個載流電極，所述第一控制電阻耦接到所述兩對差分電晶體中的所述第一對的每個電晶體的另一個載流電極；電流源，其用於為所述兩對差分電晶體中的每個電晶體的至少一個載流電極提供電流；兩個共模反饋網絡，每個共模反饋網絡耦接到兩對差分電晶體中的一對的電晶體的載流電極；以及在其上產生期望導抗的端子和第二控制電阻，所述端子耦接到所述兩對差分電晶體中的所述第二對中的每個電晶體的一個載流電極，所述第二控制電阻耦接到所述兩對差分電晶體中的所述第二對中的每個電晶體的另一個載流電極，至少部分基於所述第一控制電阻和第二控制電阻的電阻值乘積的函數設置負載導抗與期望導抗之間的轉換率。2.如權利要求1所述的非福斯特電路，其中所述電晶體為雙極電晶體。3.如權利要求1所述的非福斯特電路，其中所述電晶體為FET電晶體。4.如權利要求1所述的非福斯特電路，其中所述第一控制電阻和第二控制電阻中的至少一個是可變的。5.如權利要求4所述的非福斯特電路，其中所述第一控制電阻和第二控制電阻中的所述至少一個至少包括FET。6.如權利要求4所述的非福斯特電路，其中所述第一控制電阻和第二控制電阻中的所述至少一個至少包括並聯的FET和定值電阻器。7.如權利要求1所述的非福斯特電路，其中所述非福斯特電路起到開路穩定負阻抗轉換器的作用。8.如權利要求1所述的非福斯特電路，其中所述非福斯特電路起到短路穩定負阻抗轉換器的作用。9.如權利要求1所述的非福斯特電路，其中所述非福斯特電路起到開路穩定負阻抗變換器的作用。10.如權利要求1所述的非福斯特電路，其中所述非福斯特電路起到短路穩定負阻抗變換器的作用。11.如權利要求1所述的非福斯特電路，其中與負載導抗和/或呈現期望導抗的端子並聯布置電阻器，從而幫助調除電路寄生效應，以及其中所述轉換率也是與所述端子並聯布置的電阻器的電阻值的函數。12.—種非福斯特電路，其包括:兩對交叉耦接的電晶體；第一連接端子和第二連接端子，所述第一連接端子連接到兩對交叉耦接的電晶體中的第一對的第一載流電極，所述第二連接端子連接到兩對交叉耦接的電晶體中的所述第一對的第二載流電極；第三連接端子，其連接到兩對交叉耦接的電晶體中的第二對的載流電極；電流源，其用於為兩對交叉耦接的電晶體中的每對的至少一個載流電極提供電流；兩個共模反饋網絡，每個共模反饋網絡耦接到兩對交叉耦接的電晶體中的每對的載流電極；以及第四連接端子，其耦接到兩對交叉耦接的電晶體中的所述第二對的載流電極，至少部分基於在使用中連接在所述第二和第三連接端子上的第一和第二控制電阻的電阻乘積的函數設置在使用中連接在所述第一連接端子上的提供負載與在使用中呈現在所述第四連接端子上的負載之間的轉換率。13.如權利要求12所述的非福斯特電路，其中所述交叉耦接的電晶體為雙極電晶體。14.如權利要求12所述的非福斯特電路，其中所述交叉耦接的電晶體為FET電晶體。15.如權利要求12所述的非福斯特電路，其中所述第一控制電阻和第二控制電阻中的至少一個是可變的。16.如權利要求15所述的非福斯特電路，其中所述第一控制電阻和第二控制電阻中的所述至少一個至少包括FET。17.如權利要求15所述的非福斯特電路，其中所述第一控制電阻和第二控制電阻中的所述至少一個至少包括並聯的FET和定值電阻器。18.如權利要求12所述的非福斯特電路，其中所述非福斯特電路起到開路穩定負阻抗轉換器的作用。`19.如權利要求12所述的非福斯特電路，其中所述非福斯特電路起到短路穩定負阻抗轉換器的作用。20.如權利要求12所述的非福斯特電路，其中所述非福斯特電路起到開路穩定負阻抗變換器的作用。21.如權利要求12所述的非福斯特電路，其中所述非福斯特電路起到短路穩定負阻抗變換器的作用。22.如權利要求12所述的非福斯特電路，其中與所述第一連接端子上的電抗性負載並聯布置電阻器，從而幫助調除電路寄生效應。23.如權利要求12所述的非福斯特電路，其中所述轉換率也是與所述第四連接端子並聯布置的電阻器的電阻值的函數。24.一種非福斯特電路，其包括:兩對交叉耦接的電晶體；第一連接端子和第二連接端子，所述第一連接端子連接到兩對交叉耦接的電晶體中的第一對的第一載流電極，所述第二連接端子連接到兩對交叉耦接的電晶體中的所述第一對的第二載流電極；第三連接端子，其連接到兩對交叉耦接的電晶體中的第二對的載流電極；電流源，其用於為兩對交叉耦接的電晶體中的每對的至少一個載流電極提供電流；兩個共模反饋網絡，每個共模反饋網絡耦接到兩對交叉耦接的電晶體中的每對的載流電極；以及第四連接端子，其耦接到兩對交叉耦接的電晶體中的所述第二對的載流電極。25.如權利要求24所述的非福斯特電路，其中所述交叉耦接的電晶體為雙極電晶體。26.如權利要求24所述的非福斯特電路，其中所述交叉耦接的電晶體為FET電晶體。27.如權利要求24所述的非福斯特電路，其中所述第一控制電阻和第二控制電阻中的至少一個是可變的。28.如權利要求27所述的非福斯特電路，其中其中所述第一控制電阻和第二控制電阻中的所述至少一個至少包括FET。29.如權利要求27所述的非福斯特電路，其中其中所述第一控制電阻和第二控制電阻中的所述至少一個至少包括並聯的FET和定值電阻器。30.如權利要求24所述的非福斯特電路，其中所述非福斯特電路起到開路穩定負阻抗轉換器的作用。31.如權利要求24所述的非福斯特電路，其中所述非福斯特電路起到短路穩定負阻抗轉換器的作用。32.如權利要求24所述的非福斯特電路，其中所述非福斯特電路起到開路穩定負阻抗變換器的作用。33.如權利要求24所述的非福斯特電路，其中所述非福斯特電路起到短路穩定負阻抗變換器的作用。34.如權利要求24所述的非福斯特電路，其中在使用中與所述第一連接端子上的電抗性負載並聯布置電阻器，從而幫助調除電路寄生效應。35.如權利要求24所述的`非福斯特電路，其中在使用中連接在所述第一連接端子上的電抗與在使用中呈現在所述第四連接端子上的負電抗之間的轉換率是至少部分基於在使用中連接在所述第二和第三連接端子上的第一和第二控制電阻的電阻乘積的函數。36.如權利要求35所述的非福斯特電路，其中所述轉換率也是與所述第四連接端子並聯布置的電阻器的電阻值的函數。37.如權利要求35所述的非福斯特電路，其中所述轉換率也是所述交叉耦接的電晶體的跨導的函數。【文檔編號】H03F3/45GK103636122SQ201280021449【公開日】2014年3月12日申請日期:2012年4月6日優先權日:2011年4月7日【發明者】唐納德·A·希特克,卡森·R·懷特,麥可·W·揚,戴維·S·馬修斯,蘇珊·L·莫頓,傑森·W·梅,約瑟夫·科伯恩申請人:Hrl實驗室有限責任公司