高q值超宽带可调谐有源电感的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种高Q值超宽带可调谐有源电感，涉及射频集成电路【技术领域】，以解决现有有源电感的电感值、Q值均不高，实部损耗比较大的问题。该发明包括电源、输入端与CMOS源随结构，其中，还包括传输线结构、有源反馈偏置、负阻补偿网络，所述传输线结构并联于所述CMOS源随结构的栅极和漏极之间，所述有源反馈偏置中的第二晶体管M2的源级与所述CMOS源随结构中的第一晶体管M1的栅级连接，第三晶体管M3的漏极与所述第一晶体管M1的源级连接，所述负阻补偿网络与所述有源反馈偏置中的第三晶体管M3的漏极连接，并且与所述CMOS源随结构的第一晶体管M1的漏极连接。本发明具有较大的电感值和品质因子Q，并使实部损耗减小。
【专利说明】高Q值超宽带可调谐有源电感
【技术领域】
[0001]本发明涉及射频集成电路【技术领域】，特别是涉及一种高Q值超宽带可调谐有源电感。
【背景技术】
[0002]电感是电子电路中重要的元件，广泛地应用于滤波器、带通放大器、高频补偿等各种电路中。在这些电路设计中往往采用片上螺旋电感或片外电感。随着集成电路器件特征尺寸的不断缩小，片上螺旋电感越来越难实现。
[0003]由于片上无源电感存在着Q值低、面积大、成本高、不利于集成、电感值不便调谐、受Si衬底寄生影响大等缺点，严重限制了它在面积小、性能高的集成电路设计中的应用。为此，采用有源器件构成的有源电感应运而生。有源电感替代面积很大的片上螺旋电感，极大地节省芯片面积，降低成本，摆脱寄生衬底的影响，有利于射频电路的全集成。
[0004]早期用MOSFET构成有源电感的电感值小，品质因子Q值低，工作频率低，带宽窄，可以通过采用Q值增强技术，来补偿寄生损耗，使有源电感的性能不断提高。合成有源电感的电路形式有多种，CMOS源随有源电感便是其中的一种，现已知的CMOS源随有源电感，其基本原理为将栅源之间的电容特性转化为一个电感特性，此种有源电感具有构成简单，容易实现等优点，然而该已知有源电感的实部损耗比较大，因此电感值小、Q值均不高。
[0005]因此，本发明的目标是提出一种新的结构来进一步优化电路性能，来实现高Q值超宽带可调谐有源电感。
【发明内容】
[0006]针对上述问题中存在的不足之处，本发明提供一种高Q值超宽带可调谐有源电感，使其使实部损耗减小，并且具有较大的电感值和较高的品质因子Q。
[0007]为了解决上述问题，本发明提供一种高Q值超宽带可调谐有源电感，包括电源、输入端与CMOS源随结构，其中，还包括传输线结构、有源反馈偏置、负阻补偿网络，所述传输线结构并联于所述CMOS源随结构的栅极和漏极之间，所述有源反馈偏置中的第二晶体管M2的源级与所述CMOS源随结构中的第一晶体管Ml的栅级连接，第三晶体管M3的漏极与所述第一晶体管Ml的源级连接，所述负阻补偿网络与所述有源反馈偏置中的第三晶体管M3的漏极连接，并且与所述CMOS源随结构的第一晶体管Ml的漏极连接。
[0008]优选的，所述CMOS源随结构在第一晶体管Ml的栅级和源级之间并联一个电容Cby，所述电容Cby与所述第一晶体管Ml的栅源电容并联，得到总电容CT。
[0009]优选的，所述传输线结构的等效输入阻抗Zs为电抗与实部损耗的电阻Rs的串联，通过传输线的电感特性使有源电感具有大的电感值。
[0010]优选的，所述有源反馈偏置中的所述第二晶体管M2和所述第三晶体管M3采用级联的方式，来调节所述第一晶体管Ml源端电位，同时通过调节所述第二晶体管M2和所述第三晶体管M3最大程度地减小了偏置电路对所述有源电感的品质因子Q的影响。[0011]优选的，所述负阻补偿网络包括第四晶体管M4和第五晶体管M5，所述第四晶体管M4和第五晶体管M5的源级接地，所述负阻补偿网络补偿所述有源电感的实部损耗，提高所述有源电感的品质因子Q值，同时通过对所述第一晶体管Ml的源端电位进行调节，使跨导产生改变，实现对所述有源电感电感值的调谐。[0012]优选的，第六晶体管M6和第七晶体管M7构成电流镜，为所述负阻补偿网络提供偏置，实现所述负阻补偿网络的负阻特性。通过调节偏置电压Vbias、偏置电压Vbiasi偏置可以实现负阻补偿网络的动态可调谐。
[0013]与现有技术相比，本发明具有以下优点:
[0014]本发明电路结构简单，基本单元为传统的CMOS源随结构，引入传输线结构及创新性的负阻补偿网络，电路原理清晰；利用了两个CMOS有源器件级联的反馈偏置结构代替了传统的电阻反馈来提供偏置；采用了负阻补偿网络，产生负阻抗，补偿了有源电感正电阻损耗，增大了 Q值。通过改变负阻补偿网络外部偏置电压可以调节负阻，同时也实现了对有源电感的电感值的调谐。
[0015]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】
[0016]图1是本发明的原理构造的一个实施例的示意框图；
[0017]图2是用于本发明的现有CMOS源随结构电路不意图；
[0018]图3是本发明的等效CMOS源随结构RL电路示意图；
[0019]图4是本发明的电路示意图；
[0020]图5是本发明的负阻补偿网络电路示意图；
[0021]图6是本发明的负阻补偿网络交流小信号等效电路示意图；
[0022]图7是本发明的交流小信号等效电路示意图；
[0023]图8是本发明的等效电路示意图；
[0024]图9是本发明的等效电感值随偏置电压的变化曲线示意图；
[0025]图10是本发明的Q值随偏置电压的变化曲线示意图。
[0026]主要元件符号说明:
[0027]1-传输线结构 2-CM0S源随结构3_有源反馈偏置
[0028]4-负阻补偿网络5-电源6-输入端
【具体实施方式】
[0029]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。
[0030]如图1所示，本发明的实施例包括电源5、输入端6与CMOS源随结构2，其中，还包括传输线结构1、有源反馈偏置3、负阻补偿网络4，所述传输线结构I并联于所述CMOS源随结构2的栅极和漏极之间，所述有源反馈偏置3中的第二晶体管M2的源级与所述CMOS源随结构2中的第一晶体管Ml的栅级连接，第三晶体管M3的漏极与所述第一晶体管Ml的源级连接，所述负阻补偿网络4与所述有源反馈偏置3中的第三晶体管M3的漏极连接，并且与所述CMOS源随结构2的第一晶体管Ml的漏极连接。
[0031]如图2和图3所示，其为CMOS源随结构有源电感，该有源电感电路等效输入阻抗为:
【权利要求】
1.一种高Q值超宽带可调谐有源电感，包括电源、输入端与CMOS源随结构，其特征在于，还包括传输线结构、有源反馈偏置、负阻补偿网络，所述传输线结构并联于所述CMOS源随结构的栅极和漏极之间，所述有源反馈偏置中的第二晶体管M2的源级与所述CMOS源随结构中的第一晶体管Ml的栅级连接，第三晶体管M3的漏极与所述第一晶体管Ml的源级连接，所述负阻补偿网络与所述有源反馈偏置中的第三晶体管M3的漏极连接，并且与所述CMOS源随结构的第一晶体管Ml的漏极连接。
2.如权利要求1所述的高Q值超宽带可调谐有源电感，其特征在于，所述CMOS源随结构在第一晶体管Ml的栅级和源级之间并联一个电容Cby，所述电容Cby与所述第一晶体管Ml的栅源电容并联，得到总电容Ct。
3.如权利要求2所述的高Q值超宽带可调谐有源电感，其特征在于，所述传输线结构的等效输入阻抗Zs为电抗与实部损耗的电阻Rs的串联，通过传输线的电感特性使有源电感具有大的电感值。
4.如权利要求3所述的高Q值超宽带可调谐有源电感，其特征在于，所述有源反馈偏置中的所述第二晶体管M2和所述第三晶体管M3采用级联的方式，来调节所述第一晶体管Ml源端电位，同时通过调节所述第二晶体管M2和所述第三晶体管M3最大程度地减小了偏置电路对所述有源电感的品质因子Q的影响。
5.如权利要求4所述的高Q值超宽带可调谐有源电感，其特征在于，所述负阻补偿网络包括第四晶体管M4和第五晶体管M5，所述第四晶体管M4和第五晶体管M5的源级接地，所述负阻补偿网络补偿所述有源电感的实部损耗，提高所述有源电感的品质因子Q值，同时通过对所述第一晶体管Ml的源端电位进行调节，使跨导产生改变，实现对所述有源电感电感值的调谐。
6.如权利要求5所述的高Q值超宽带可调谐有源电感，其特征在于，第六晶体管M6和第七晶体管M7构成电流镜，为所述负阻补偿网络提供偏置，实现所述负阻补偿网络的负阻特性。
【文档编号】H03H11/04GK103546119SQ201310503465
【公开日】2014年1月29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, 周孟龙, 谢红云, 金冬月, 丁春宝, 赵彦晓, 陈亮, 付强, 高栋, 鲁东, 张卿远, 邵翔鹏, 霍文娟 申请人:北京工业大学