一种高q值、电感值与工作频率范围可调谐的有源电感的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及射频器件与集成电路领域，特别是一种高Q值、电感值与工作频率范围可调谐的有源电感。
【背景技术】
[0002]在射频集成电路(RFICs)中，电感是常用的元件之一。例如，在低噪声放大器中，使用电感可以实现输入输出的匹配，提高放大器的增益平坦度;在电压控制(电流控制)振荡器中，使用电感可以实现信号的发生;在混频器中，使用电感可以实现信号的调制。
[0003]在RFICs中通常使用片上螺旋电感。由于片上螺旋电感的电感值与其几何尺寸密切相关，电感值越大时，占据的芯片面积越大，在实际应用中，往往占据了大部分芯片面积，增加了芯片成本，限制了芯片集成度。且当芯片上存在多个电感时，不同电感之间会产生互感效应，严重影响了 RFIC的整体性能。片上螺旋电感还存在着品质因子Q值低，电感值不可调等缺点。为了解决片上螺旋电感存在的问题，采用晶体管等有源器件合成的有源电感应运而生。
[0004]相比较于片上螺旋电感，有源电感具有占用芯片面积较小，电感值与Q值可调，制作成本较低等优点。有源电感除了可以代替无源电感使用外，还可以利用其可调性，补偿因工艺偏差、寄生效应等因素对RFIC性能产生的不利影响；可以重新配置RFIC参数，实现性能的调节。因此，在实际应用中有源电感具有较高的实用价值。
[0005]现有的有源电感通常采用回转器结构，将回转器自身的电容回转为等效电感，其中的负跨导放大器往往采用单级放大器结构，采用这种结构的有源电感存在着电感值可调范围小、Q值低、电感工作频率范围无法改变等缺点，限制了它们在高频RFICs中的应用。
【发明内容】
[0006]本发明提供一种高Q值、电感值与工作频率范围可调谐的有源电感。本发明有源电感中的负跨导放大器，在共源极-共栅极结构的共栅极管上增加了多重电压调制电路，不但增大了负跨导放大器的输出阻抗，而且减小了由于等效串联电阻造成的损耗，提高了有源电感的Q值;进一步地，采用有源可调电阻作为反馈回路，能提高有源电感的Q值;另外，通过采用前置的可变电容，实现对负载电容的调节，增大了有源电感的电感值与Q值的可调范围；同时，通过调节有源反馈电阻的阻值以及调节负跨导放大器多重电压调制电路的控制电压，能够实现对有源电感的电感值和Q值的调节;通过调节正、负跨导放大器的偏置电流，可以改变正负跨导放大器的静态工作点，实现对工作频率范围的调节，从而使有源电感在不同工作频率范围内具有宽电感值调节范围，同时也具有高Q值，可满足宽调节范围、高性能RFICs设计对电感的需要。
[0007]本发明采用如下技术方案:
[0008]—种高Q值、电感值与工作频率范围可调谐的有源电感，如图1所示，该有源电感包括可变电容、有源反馈电阻、正跨导放大器、负跨导放大器、第一可调电流源、第二可调电流源、隔直电容。
[0009]所述负跨导放大器的输出端与正跨导放大器的输入端通过有源反馈电阻连接;所述正跨导放大器的输出端与负跨导放大器的输入端连接;正跨导放大器与负跨导放大器相互交叉连接构成回转器，回转器将正跨导放大器包括可变电容在内的输入电容回转成等效电感。
[0010]所述的第一可调电流源与负跨导放大器连接，为负跨导放大器提供偏置电流;第二可调电流源与正跨导放大器连接，为正跨导放大器提供偏置电流。调节两个可调电流源，能够改变正负跨导放大器的偏置电流的大小，从而调节正负跨导放大器的静态工作点，使得有源电感的工作频率范围发生改变，进而实现对于有源电感工作频率范围的调节。
[0011]所述隔直电容的第一端为有源电感的输入端，第二端连接正跨导放大器的输出端和负跨导放大器的输入端。所述隔直电容能够滤除跨导放大器中因直流偏置产生的信号干扰。
[0012]所述有源反馈电阻连接于正跨导放大器的输入端和负跨导放大器的输出端之间。有源反馈电阻的加入，增大了有源电感的输出阻抗，减小了实部损耗，从而增大了有源电感的Q值，同时，调节有源反馈电阻的大小，也能够实现对电感值和Q值的调节。
[0013]所述可变电容由一个NMOS晶体管构成，可变电容的源极和漏极相连;栅极为可变电容的一端，栅极分别连接于正跨导放大器的输入端和负跨导放大器的输出端;衬底电极为可变电容的另一端，衬底电极与地端连接。通过调节可变电容的源极和漏极的电压，栅极相对于地端的电容大小将发生改变，以此实现对有源电感负载电容的调节，从而实现对有源电感的电感值和Q值的调节。
[0014]所述正跨导放大器与负跨导放大器均由NMOS晶体管构成。正跨导放大器采用单级放大器结构，是回转器的一个重要构成部分。对负跨导放大器，是在共源极-共栅极结构的共栅极管上，加入多重电压调制结构的复合结构，是回转器的另一个重要构成部分。
[0015]与现有技术相比，本发明具有以下优点:
[0016]本发明有源电感中的负跨导放大器，在共源极-共栅极结构的共栅极管上增加了多重电压调制电路，不但增大了负跨导放大器的输出阻抗，而且减小了由于等效串联电阻造成的损耗，提高了有源电感的Q值;进一步地，采用了有源可调电阻作为反馈回路，提高了有源电感的Q值;另外，采用了前置的可变电容，实现了对负载电容的调节，增大了有源电感的电感值与Q值的可调范围；同时，通过调节有源反馈电阻的阻值以及调节负跨导放大器多重电压调制电路的控制电压，可以实现对有源电感的电感值和Q值的调节;通过调节正负跨导放大器的偏置电流，可以改变正负跨导放大器的静态工作点，实现对工作频率范围的调节，从而使有源电感在不同工作频率范围内具有宽电感值调节范围，同时具有高Q值，可满足宽调节范围、高性能RFICs设计对电感的需要。
【附图说明】
[0017]图1是本发明有源电感的结构框图；
[0018]图2是本发明有源电感的实施例电路拓扑示意图；
[0019]图3是本发明有源电感实施例在不同组合偏置条件下电感值与工作频率的关系图；
[0020]图4是本发明有源电感实施例在不同组合偏置条件下Q值与工作频率的关系图；
[0021]图5是本发明有源电感的负跨导放大器的另一个实施例。
【具体实施方式】
[0022]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，对本发明作进一步详细说明。
[0023]图2是高Q值、电感值和工作频率范围可调谐的有源电感的一个实施例。包括可变电容、有源反馈电阻、正跨导放大器、负跨导放大器、第一可调电流源、第二可调电流源、隔直电容。
[0024]可变电容由第九MOS晶体管(M9)构成，其源极与漏极相连接，栅极为电容的一端，衬底电极为电容的另一端，与地端连接，调节第九MOS晶体管(M9)的源极和漏极的电压将改变第九MOS晶体管(M9)的沟道厚度，使得沟道电容发生改变，从而改变了有源电感的负载电容，为实现调节有源电感的电感值与Q值提供了第一个必要条件。
[0025]有源反馈电阻由第七MOS晶体管(M7)与电阻(Rl)并联构成，连接在正负跨导放大器之间。第七MOS晶体管(M7)工作在线性区，调节第七MOS晶体管(M7)的栅极电压能实现其电阻值的变化。有源反馈电阻的加入，增大了有源电感的输出阻抗，改善了实部损耗，提高了有源电感的Q值;通过调节有源反馈电阻的阻值能够调节有源电感的输出阻抗，进而改变有源电感的电感值与Q值，为实现调节有源电感的电感值与Q值提供了第二个必要条件。
[0026]负跨导放大器由第三MOS晶体管(M3)、第四MOS晶体管(M4)、第五MOS晶体管及第六MOS晶体管(M6)构成。第三MOS晶体管(M3)与第六MOS晶体管(M6)构成共源极-共栅极结构，第四MOS晶体管(M4)与第五MOS晶体管构成多重电压调制电路，与第三MOS晶体管(M3)、第六MOS晶体管(M6)构成的共源极-共栅极结构一起构成了复合结构。可调制的负跨导放大器的采用，不但增大了有源电感的输出阻抗，而且减小了由于等效串联电阻造成的损耗，提高了有源电感的Q值；同时，由于多重电压调制结构的加入，增强了有源电感的可调性，为实现调节有源电感的电感值与Q值提供了第三个必要条件。
[0027]正跨导放大器由第八MOS晶体管(M8)构成，为单级共源极放大器。正跨导放大器与负跨导放大器相互交叉连接构成了回转器结构，将正跨导放大器的输入电容回转为等效电感。
[0028]第一可调电流源由第一MOS晶体管(Ml)和第二 MOS晶体管(M2)构成，为负跨导放大器提供直流偏置。第二可调电流源由第十MOS晶体管(MlO)构成，为正跨导放大器提供直流偏置。调节两个可调电流源，将改变正负跨导放大器的偏置电流的大小，从而调节正负跨导放大器的静态工作点，使得有源电感的工作频率范围发生变化，实现了对于有源电感工作频率范围的调节。
[0029]隔直电容由电容(Cl)构成，用来滤除跨导放大器中因直流偏置产生的信号干扰。
[0030]该实施例中电路的【具体实施方式】为:
[0031]第一MOS晶体管(Ml)的漏极与VDD相连，源极与第四MOS晶体管(M4)的漏极相连，栅极连接第一可调电压源Vtunel;第二 MOS晶体管(M2)的漏极与VDD相连，源极与第三MOS晶体管(M3)的漏极相连，栅极连接第二可调电压源Vtune2。第四MOS晶体管(M4)