一种可调传输线结构及有源滤波电路的制作方法

本发明属于半导体，特别涉及一种可调传输线结构及有源滤波电路。

背景技术：

1、近年来，随着科学技术的不断发展，人们对便携的高性能通信产品的需求也随之不断提高，集成化和一体化逐渐成为通信领域发展的一个重要方向，在这种需求之下，除了对于不同器件有了更加严格的设计要求的同时，对于器件之间的传输线也有了新的要求，因此，具有特殊性能的左手材料在通信领域的应用逐渐引起人们的注意。

2、左手材料是通过人工合成的具有周期性结构且能够表现出特殊电磁特性的人造材料，电磁波在左手材料中传播时，描述电磁波传播特性的电场、磁场和波矢量构成左手关系。左手传输线(lht-line)是左手材料的一种特殊形式，其原理是电磁场的波动方程在形式上与传输线方程存在类似性，因此当模拟电磁波在介质中传播时，同样可以利用周期性lc网络传输线的传播方式。而传统的传输线则被称为右手传输线(rht-line)。由于左手传输线在实际的实现过程中，会不可避免地存在寄生的右手效应，因此有人提出复合左右手传输线(crlht-line)的概念，即左右手介质传输线，在理想的左手传输线中引入寄生的右手元素。

3、左右手介质传输线结构在不同频率区域具有不同的相位特征，即超前和滞后的特性，在上下截止区域，信号会有一定的损耗，因此在选择设计好的左右手传输线时，需要尽可能避开上下截止区域；而在实际运用中，传输线往往需要传输不同频率的信号，如果使用不同传输线，不仅会加大生产成本，而且还会占用大量面积，不符合集成化和一体化的目的。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术的问题，提供一种可调传输线结构及有源滤波电路。

2、根据左右手介质传输线的基本单元图，其主要有四个部分，ls，lp，cs，cp。其中ls是由于crlh t-line的版图寄生实现，cs是串联的电容，lp是并联的电感，cp是并联的电容。由于毫米波主要是在传输线中传播，因此串联的电容部分实现可调节会噪声比较大的波损耗。例如为了实现电容的可调节，需要采用开关阵列实现电容的调节。由于开关处在毫米波频率的通路上，因此会带来损耗。并联部分的电容吸收了晶体管的寄生电容部分，因此相比于传统的lc谐振腔，波类型的谐振器受晶体管寄生的影响较小。这部分并联的电容也是无法实现调节，因此能够实现调节就只有并联的电感。

3、具体采用技术方案如下：

4、本发明的目的之一，在于提供一种可调传输线结构，包括串联的电容cs、电感ls和调节电路，所述调节电路包括并联的晶体管电容、变容管cvar、电容cp和电感调节子电路，所述电感调节子电路具有不连续、可变的电感值，所述变容管cvar具有连续、可变的电容值。

5、由于电感调节子电路只能实现不连续、可变的电感值的变化，为了实现频率的连续可调，需要引入连续变化的器件。变容管可以实现其数值随着控制电压连续的调节，通常变容管是由mos实现的。以nmos为例的变容管为例，当栅极的控制电压较低时，沟道的为少子。这时变容管的容值是栅极的氧电容和少子衬底电容的串联，因此电容的数值比较少。当栅极的控制电压高时，此时容值的大小主要是由栅极的氧电容决定的，因此电容的数值变大。从而变容管的容值是随着控制电压连续的变化。随着工作频率的升高，变容管的品质因数也急剧的变小，因此其尺寸和版图的优化对于毫米波集成电路的设计非常的重要。一般而言，其品质因数随着栅极的长度变大而减小，同时栅极，源极和漏极的连接电阻也会降低器件的品质因数。因此本专利采用的可变电容管的尺寸栅极长度取最小的，同时加宽栅极，源极和漏极的连接线的宽度，降低连接部分的电阻。

6、在一些实施方式中，所述电感调节子电路包括：

7、初级线圈，并联于所述电感调节子电路中；

8、次级线圈，与所述初级线圈通过电磁场耦合，且所述次级线圈的两端之间连接开关；

9、所述初级线圈上的等效输入电感响应于所述开关的通断而发生变化。

10、本专利采用调节并联电感的方式实现较大范围的调节，并在电路中并联变容管实现细的频率的调节。对于可调电感的设计，基于变压器耦合的方式，利用电感之间的互感效应，通过选择不同状态下的次级线圈，继而调节左右手介质传输线上作为初级线圈的并联电感的数值。

11、基于上述实施方式，所述电感调节子电路包括两个次级线圈，且所述初级线圈位于两个次级线圈之间。

12、初级线圈是处于三个线圈的中间，其差分输入的端口为p1和p2。外圈和内圈为次级线圈，其中内部的次级线圈较小，因此对初级线圈的磁场影响也较小；外部的次级线圈较大，其对初级线圈的磁场影响更大。由于内部的次级线圈和外部的次级线圈对初级线圈的影响不一致，并且外围的次级线圈影响大，可以把外围次级线圈的开关定义为高位开关，内部次级的开关定义为低位开关。当开关断开时(定义为0)，初级线圈的电感较大，当开关闭合时(定义为1)，初级线圈的电感较小。根据以上的规律，当两个开关的状态为(0，0)，初级线圈的电感数值为91pf；当开关的状态为(1，0)，初级线圈的电感数值为79pf；当两个开关的状态为(0，1)，初级线圈的电感数值为65pf；当开关的状态为(0，0)，初级线圈的电感数值为47pf。

13、基于上述实施方式，所述电感调节子电路形成于片上变压器上，所述初级线圈和次级线圈配置为片上变压器的顶层金属。

14、本发明的目的之二，在于提供有源滤波电路，包括：

15、上述记载的可调传输线结构；

16、和有源跨导增益单元，所述有源跨导增益单元串接于电感ls前端。

17、本发明的有益效果为：

18、(1)本发明为可调传输线设计，可根据实际需要调节可调电感和变容管，改变传输线的工作频率，避免传输的信号工作在上下截止频率区域，减少损耗；

19、(2)可调电感不是通过开关直接的切换，而是通过电磁场耦合的方式实现，因此电感的品质因数并没有降低太多，并且可以以较小的硅片面积实现很大的调节范围；

20、(3)可调电感采用由一个线圈构成的初级线圈和两个线圈构成的次级线圈的同层结构设计，通过控制mos开关，能产生四种不同状态下的次级线圈，继而产生四种不同数值的等效输入电感；

21、(4)可变电容管的尺寸栅极长度取最小的，并加宽栅极、源极和漏极的连接线的宽度，在保持较好的品质因数的同时降低连接部分的电阻；

22、(5)传输线设计采用左右手介质传输线(crlh t-line)方式，具有损耗低、带宽宽和结构上连续等特点；

23、(6)基于可调谐传输线的有源滤波电路，通过增益单元提供增益，通过调节传输线的可变电容和可调电感调节工作频带，实现有源滤波的功能。

技术特征：

1.一种可调传输线结构，其特征在于，包括串联的电容cs、电感ls和调节电路，所述调节电路包括并联的晶体管电容、变容管cvar、电容cp和电感调节子电路，所述电感调节子电路具有不连续、可变的电感值，所述变容管cvar具有连续、可变的电容值。

2.根据权利要求1所述的一种可调传输线结构，其特征在于，所述电感调节子电路包括：

3.根据权利要求2所述的一种可调传输线结构，其特征在于，所述电感调节子电路包括两个次级线圈，且所述初级线圈位于两个次级线圈之间。

4.根据权利要求2所述的一种可调传输线结构，其特征在于，所述电感调节子电路形成于片上变压器上，所述初级线圈和次级线圈配置为片上变压器的顶层金属。

5.有源滤波电路，其特征在于，包括：

技术总结
本发明公开了一种可调传输线结构及有源滤波电路，可调传输线结构包括串联的电容Cs、电感Ls和调节电路，所述调节电路包括并联的晶体管电容、变容管Cvar、电容Cp和电感调节子电路，所述电感调节子电路具有不连续、可变的电感值，所述变容管Cvar具有连续、可变的电容值。

技术研发人员：肖顺群,马顺利,曹军,吴天祥,陈宏志,李雪峰,曾超凡,潘嘉豪,徐卓凡
受保护的技术使用者：上海航天科工电器研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11