具有大电感值、高q值的新型可调有源电感的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种具有大电感值、高Q值的新型可调有源电感，涉及射频集成电路技术，以解决现有的有源电感具有等效电感值和Q值较低，并且带宽较窄的缺点的问题。该发明包括输入输出端、Cascode结构和偏置电流源，其中，还包括有源电阻反馈和分流支路，所述有源电阻反馈包括无源电阻和第二NMOS管并联，并且所述有源电阻反馈两端分别与所述第二晶体管的基极和所述第三晶体管的集电极连接；所述分流支路包括第一NMOS管，并且所述第一NMOS管的漏极与第三晶体管的发射极连接。本发明通过对有源电阻反馈和分流支路中的NMOS管电压的调节，实现了有源电感具有大的电感值、高的Q值以及对电感值和Q值的可调谐性。
【专利说明】具有大电感值、高Q值的新型可调有源电感
【技术领域】
[0001]本发明涉及射频集成电路【技术领域】，特别是涉及一种具有大电感值、高Q值的新型可调有源电感。
【背景技术】
[0002]电感在无线收发机中的各个射频模块(滤波器、低噪声放大器、功率放大器、混频器、压控振荡器等)有着重要作用，如阻抗变换、反馈、调谐、滤波等功能。
[0003]目前在这些集成电路模块中应用的比较多的电感是无源螺旋电感，但它具有占用芯片面积大、品质因数Q低、电感值不可调谐等缺点。随着集成电路越来越向高速、微型、可调、便携化方向发展，这些缺点愈发明显。为了解决无源螺旋电感的这些缺点，人们提出了一种利用有源器件构成的等效电感电路(有源电感)来替代无源电感。
[0004]有源电感由于是采用有源器件构成，所以其占用芯片的面积大为减少，只有无源螺旋电感的几十到几百分之一。通过调节有源电感电路的偏置，可以对构成有源电感的跨导放大器的跨导进行调节，实现对等效电感值和Q值的调节。有源电感的这种可调谐性，可有效地补偿因工艺、偏压和温度(PVT)的变化对集成电路的影响。但是传统的有源电感具有等效电感值和Q值较低，并且带宽较窄的缺点。
[0005]因此，当下需要迫切解决的一个技术问题就是:如何能够创新的提出一种有效的措施，以满足实际应用的需求。
【发明内容】
[0006]针对上述问题中存在的不足之处，本发明提供一种具有大电感值、高Q值的新型可调有源电感，使其具有大的电感值、高的Q值以及对电感值和Q值的可调谐性的特性。
[0007]为了解决上述问题，本发明提供一种具有大电感值、高Q值的新型可调有源电感，包括输入输出端、Cascode结构和偏置电流源,所述Cascode结构包括共射极连接的第一晶体管、共基极连接的第三晶体管和共集电极连接的第二晶体管，其中，还包括有源电阻反馈和分流支路，所述有源电阻反馈包括无源电阻和第二 NMOS管并联，并且所述有源电阻反馈两端分别与所述第二晶体管的基极和所述第三晶体管的集电极连接；所述分流支路包括第一 NMOS管，并且所述第一 NMOS管的漏极与第三晶体管的发射极连接。
[0008]优选的，所述偏置电流源包括第一电流源和第二电流源，所述第一电流源包括一PMOS管，为所述共射极连接的第一晶体管和所述共基极连接的第三晶体管提供偏置电流；所述第二电流源包括第三NMOS管，为所述共集电极连接的第二晶体管提供偏置电流。
[0009]优选的，调节所述PMOS管和所述第三NMOS管的栅压来调节等效电流源电流的大小，实现对等效电感值和Q值的调节。
[0010]优选的，所述第二 NMOS管工作在三极管区，调节第二 NMOS管的栅压，进而得到变化的等效电阻值，实现对等效电感值和Q值的调节。
[0011]优选的，调节所述第一 NMOS管的栅压，控制所述分流支路电流的大小，并且通过改变流经所述共射极连接的第一晶体管和所述共基极连接的第三晶体管的电流，实现对等效电感值的调节。[0012]与现有技术相比，本发明具有以下优点:
[0013]本发明以Cascode结构为基本电路框架，引入了有源电阻反馈和分流支路，通过对有源电阻反馈和分流支路中的NMOS管电压的调节，同时实现了有源电感具有大的电感值、高的Q值以及对电感值和Q值的可调谐性。
[0014]以下将结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，该实施例仅用于解释本发明。并不对本发明的保护范围构成限制。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本发明的结构示意图；
[0016]图2是本发明的电路示意图；
[0017]图3是本发明的小信号电路图；
[0018]图4是本发明的等效电路图；
[0019]图5是本发明在偏置I条件下等效电感值随频率变化的关系图；
[0020]图6是本发明在偏置I条件下Q值随频率变化的关系图；
[0021]图7是本发明在偏置2条件下等效电感值随频率变化的关系图；
[0022]图8是本发明在偏置2条件下Q值随频率变化的关系图。
[0023]主要元件符号说明:
[0024]1-输入输出端 2-偏置电流源 3-有源电阻反馈
[0025]4-Cascode结构 5_分流支路201-无源电阻
[0026]202-第二 NMOS 管 203-栅极电压 211-第一 NMOS 管
[0027]212-栅极电压 221-第一晶体管 222-第二晶体管
[0028]223-第三晶体管 231-PM0S管232-第三NMOS管
[0029]241-第一电流源 242-第二电流源
【具体实施方式】
[0030]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图与实例对本发明作进一步详细说明。但所举实例不作为对本发明的限定。
[0031]如图1和图2所示，本发明的实施例包括输入输出端1、Cascode结构4和偏置电流源2，Cascode结构4包括共射极连接的第一晶体管221、共基极连接的第三晶体管223和共集电极连接的第二晶体管222，其中，还包括有源电阻反馈3和分流支路5，有源电阻反馈3包括无源电阻201和第二 NMOS管202并联，并且有源电阻反馈3两端分别与第二晶体管222的基极和第三晶体管223的集电极连接；分流支路5包括第一 NMOS管211，并且第
一NMOS管211的漏极与第三晶体管223的发射极连接。
[0032]本发明采用创新的有源电阻反馈3结构，有源电阻反馈3包括无源电阻201和第
二NMOS管202并联，通过调节第二 NMOS管202的栅极电压203使其工作在三极管区，从而得到随栅极电压203变化的可变电阻。
[0033]本发明有源电感的小信号电路图和等效电路图如图3和图4所示。有源电阻反馈3会在回路中形成一个额外的感抗，从而有效地增加有源电感的等效电感值。随着等效电感值的增大，Q值也随之增大。有源电阻反馈3在等效电感302和串联电阻303表达式的分子中分别引入了一个大于I的项(1+Rfg3m)，等效电感302随有源电阻反馈3的增大而增大，而串联电阻303则随有源电阻反馈3的增大而减小，等效电感302的增大和串联电阻303的减小都有利于Q值的增大，通过调节构成有源电阻反馈3的第二 NMOS管202的栅极电压203改变有源电阻反馈3的大小来实现电感值和Q值的可调谐。
[0034]本发明的分流支路5包括第一 NMOS管211。通过调节第一 NMOS管211的栅极电压212控制支路分流的大小，来改变流经第一晶体管221的电流，从而调节第一晶体管221的跨导，进而实现对等效电感值的调谐。分流支路5的引入，在等效电感302的表达式的分子中引入了 R。项，随着第一 NMOS管211栅极电压的增大R。减小，从而有利于等效电感值的增大，实现大电感值。
[0035]此外我们还可以通过调节PMOS管231和第三NMOS管232的栅压来改变等效电流源的电流大小以实现对晶体管跨导的调节，最终实现对等效电感值和Q值的调节。
[0036]如图3和图4所不，为本发明电路的小彳目号电路图和等效电路图，其各等效参数表达式如下:
[0037]Cp=Cnl
【权利要求】
1.一种具有大电感值、高Q值的新型可调有源电感，包括输入输出端、偏置电流源和由共射极连接的第一晶体管、共基极连接的第三晶体管和共集电极连接的第二晶体管组成的Cascode结构，其特征在于，还包括有源电阻反馈和分流支路，所述有源电阻反馈包括并联的无源电阻和第二 NMOS管，并且所述有源电阻反馈两端分别与所述第二晶体管的基极和所述第三晶体管的集电极连接；所述分流支路包括第一NMOS管，并且所述第一NMOS管的漏极与第三晶体管的发射极连接。
2.如权利要求1所述的具有大电感值、高Q值的新型可调有源电感，其特征在于，所述偏置电流源包括第一电流源和第二电流源，所述第一电流源包括一 PMOS管，为所述共射极连接的第一晶体管和所述共基极连接的第三晶体管提供偏置电流；所述第二电流源包括第三NMOS管，为所述共集电极连接的第二晶体管提供偏置电流。
3.如权利要求2所述的具有大电感值、高Q值的新型可调有源电感，其特征在于，调节所述PMOS管和所述第三NMOS管的栅压来调节等效电流源电流的大小，实现对等效电感值和Q值的调节。
4.如权利要求3所述的具有大电感值、高Q值的新型可调有源电感，其特征在于，所述第二 NMOS管工作在三极管区。
5.如权利要求4所述的具有大电感值、高Q值的新型可调有源电感，其特征在于，调节所述第一 NMOS管的栅压，控制所述分流支路电流的大小，并且通过改变流经所述共射级连接的第一晶体管和所述共基极连接的第三晶体管的电流，实现对等效电感值的调节。
【文档编号】H03H11/04GK103532517SQ201310503445
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年10月23日 优先权日:2013年10月23日
【发明者】张万荣, 高栋, 谢红云, 金冬月, 丁春宝, 赵彦晓, 陈亮, 付强, 鲁东, 周孟龙, 张卿远, 邵翔鹏, 霍文娟 申请人:北京工业大学