一種射頻有源電感的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及射頻器件與集成電路領(lǐng)域，特別是涉及一種基于級聯(lián)回轉(zhuǎn)器的射頻有源電感。
【背景技術(shù)】
[0002]電感是射頻集成電路與系統(tǒng)中的重要元件之一。在射頻集成電路中往往使用片上螺旋電感，但是螺旋電感的電感值與幾何尺寸密切相關(guān)，電感值越大，螺旋電感所占的芯片面積也越大，品質(zhì)因子Q值低，集成難度大、成本高。利用晶體管合成的有源電感，為解決螺旋電感的上述問題提供了一個方案。與螺旋電感相比，有源電感采用的晶體管尺寸較小，因而占用芯片的面積小、品質(zhì)因子Q值高，并且因晶體管的偏置可調(diào)，使得等效電感值和品質(zhì)因子Q值可調(diào)諧，特別適合應用于小型化和可調(diào)諧的射頻集成電路與射頻系統(tǒng)中。
[0003]為了滿足持續(xù)增長的無線移動通信業(yè)務需求，衛(wèi)星通信系統(tǒng)與微波中繼系統(tǒng)等無線通信系統(tǒng)正在向工作頻率為6GHz?15GHz的高頻段方向發(fā)展，這就要求無線通信系統(tǒng)中的射頻集成電路與射頻系統(tǒng)也將工作在高頻段，進而要求所使用的電感元件也必須工作在高頻端。目前，基于單級回轉(zhuǎn)器的有源電感的研宄已經(jīng)取得了一定進展，但工作頻率較低，不能滿足高頻段下工作的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種基于級聯(lián)回轉(zhuǎn)器的射頻有源電感，該有源電感采用兩級回轉(zhuǎn)器與耦合電容形成的級聯(lián)回轉(zhuǎn)器結(jié)構(gòu)，與單級回轉(zhuǎn)器結(jié)構(gòu)相比，采用級聯(lián)回轉(zhuǎn)器結(jié)構(gòu)不但可將可變電容回轉(zhuǎn)成等效電感，而且減小了有源電感中的等效并聯(lián)電容，進而提高了有源電感的自諧振頻率，使有源電感可在高頻段下工作。此外，通過調(diào)節(jié)可變電容的等效電容值，可以使有源電感的等效電感值與品質(zhì)因子Q在工作頻率范圍內(nèi)可調(diào)，且調(diào)節(jié)范圍較大，可滿足無線通信系統(tǒng)中的射頻集成電路與射頻系統(tǒng)對高頻電感的需求。本發(fā)明屬于射頻集成電路領(lǐng)域。
[0005]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0006]一種射頻有源電感如圖1所示，包括第一級回轉(zhuǎn)器，第二級回轉(zhuǎn)器，耦合電容，可變電容，直流偏置電路。
[0007]所述第一級回轉(zhuǎn)器與第二級回轉(zhuǎn)器通過耦合電容耦合形成級聯(lián)回轉(zhuǎn)器結(jié)構(gòu)，其中，所述耦合電容的第一端連接第一級回轉(zhuǎn)器的輸出端，耦合電容的第二端連接第二級回轉(zhuǎn)器的輸入端。
[0008]所述第一級回轉(zhuǎn)器的輸入端作為有源電感的信號輸入端，所述第二級回轉(zhuǎn)器的輸出端作為有源電感的信號輸出端，所述第一級回轉(zhuǎn)器與第二級回轉(zhuǎn)器均由雙極型晶體管構(gòu)成，所述第一級回轉(zhuǎn)器與第二級回轉(zhuǎn)器采用晶體管的共發(fā)射極一共基極連接結(jié)構(gòu)，或者采用晶體管的共發(fā)射極一共集電極連接結(jié)構(gòu)，或者采用晶體管的共集電極一共發(fā)射極結(jié)構(gòu)。
[0009]所述可變電容具有輸入端與可調(diào)電壓源，通過可調(diào)電壓源以實現(xiàn)等效電容值的可調(diào)節(jié)。所述可變電容的輸入端連接第一級回轉(zhuǎn)器的輸出端，所述可變電容采用MOS管構(gòu)成，或者采用二極管構(gòu)成。
[0010]所述直流偏置電路同時連接第一級回轉(zhuǎn)器與第二級回轉(zhuǎn)器，為第一級回轉(zhuǎn)器與第二級回轉(zhuǎn)器提供直流偏置。所述直流偏置電路由雙極型晶體管與電阻構(gòu)成，或者采用MOS管構(gòu)成。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0012]本發(fā)明有源電感創(chuàng)新地將兩級回轉(zhuǎn)器通過耦合電容耦合形成級聯(lián)回轉(zhuǎn)器結(jié)構(gòu)，通過級聯(lián)回轉(zhuǎn)器結(jié)構(gòu)把可變電容回轉(zhuǎn)為等效電感。該結(jié)構(gòu)減小了有源電感中的等效并聯(lián)電容，進而提高了有源電感的自諧振頻率，使有源電感可在高頻段下工作。此外，由于引入可變電容，可以使有源電感的等效電感值與品質(zhì)因子Q在工作頻率范圍內(nèi)具有良好的可調(diào)性，滿足無線通信系統(tǒng)中的射頻集成電路與射頻系統(tǒng)對高頻電感的需求。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明電感的結(jié)構(gòu)框圖；
[0014]圖2是本發(fā)明電感的一個實施例；其中:1_信號輸入端；2_信號輸出端；3_第一級回轉(zhuǎn)器；4_第二級回轉(zhuǎn)器；5_可變電容；6_可調(diào)電壓源；7_耦合電容；8_直流偏置電路；
[0015]圖3是本發(fā)明電感中的可變電容與可調(diào)電壓源的直流特性關(guān)系圖；
[0016]圖4是本發(fā)明電感的電感值與工作頻率的關(guān)系圖；其中:9_可調(diào)電壓源為2.0V ；10-可調(diào)電壓源為1.2V ；
[0017]圖5是本發(fā)明電感的品質(zhì)因子Q值與工作頻率的關(guān)系圖；其中:9-可調(diào)電壓源為2.0V ; 10-可調(diào)電壓源為1.2V ;
[0018]圖6是本發(fā)明電感的第一級回轉(zhuǎn)器的另一個實施例；其中:11_第一級回轉(zhuǎn)器的輸入端；12_第一級回轉(zhuǎn)器的輸出端；3_第一級回轉(zhuǎn)器；
[0019]圖7是本發(fā)明電感的第二級回轉(zhuǎn)器的另一個實施例；其中:13_第二級回轉(zhuǎn)器的輸入端；14-第二級回轉(zhuǎn)器的輸出端；4_第一級回轉(zhuǎn)器；
[0020]圖8是本發(fā)明電感的可變電容的另一個實施例；其中:15_可變電容的輸入端；6-可調(diào)電壓源；
[0021]圖9是本發(fā)明電感的直流偏置電路的另一個實施例。其中:16_第一偏置電壓V1;
17-第二偏置電壓V2;18-第三偏置電壓V 3;19_第四偏置電壓V 4；20-第五偏置電壓V 5;21-第六偏置電壓V6;
【具體實施方式】
[0022]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0023]圖2是本發(fā)明基于級聯(lián)回轉(zhuǎn)器的有源電感的一個實施例。包括:第一級回轉(zhuǎn)器，第二級回轉(zhuǎn)器，耦合電容，可變電容，直流偏置電路。
[0024]本實施例中的第一級回轉(zhuǎn)器由第一雙極型晶體管(Q1),第二雙極型晶體管(Q2)，第二電容(C2)，以及第三電容(C3)構(gòu)成，第一雙極型晶體管(Q1)的基極作為第一級回轉(zhuǎn)器的輸入端連接第三電容(C3)的第一端，第一雙極型晶體管(Q1)的發(fā)射極與第二電容(C2)的第一端共同連接到地，第一雙極型晶體管(Q1)的集電極連接第二雙極型晶體管(Q2)的發(fā)射極，同時作為第一級回轉(zhuǎn)器的輸出端連接第四電容(C4)的第一端，第二雙極型晶體管(Q2)的基極連接第二電容(C2)的第二端，第二雙極型晶體管(Q2)的集電極連接到第三電容(C3)的第二端，其中，第一雙極型晶體管(Q1),第二雙極型晶體管(Q2)組成共發(fā)射極一共基極連接結(jié)構(gòu)，第二電容(C2)隔離第二雙極型晶體管(Q2)的基極偏置電流，同時提供交流信號通路，第三電容(C3)隔離第一雙極型晶體管(Q1)的基極偏置電流與第二雙極型晶體管(Q2)的集電極偏置電流，同時提供交流信號通路。
[0025]本實施例中的第二級回轉(zhuǎn)器由第三雙極型晶體管(Q3)，第四雙極型晶體管(Q4)，第五電容(c5)，以及第六電容(C6)構(gòu)成，第三雙極型晶體管(Q3)的基極作為第二級回轉(zhuǎn)器的輸入端，連接第四電容(C4)的第二端以及第六電容(C6)的第一端，第三雙極型晶體管(Q3)的發(fā)射極與第五電容(C5)的第一端共同連接到地，第四雙極型晶體管(Q4)的發(fā)射極作為第二級回轉(zhuǎn)器的輸出端連接第三雙極型晶體管(Q3)的集電極，第四雙極型晶體管(Q4)的基極連接第五電容(C5)的第二端，第四雙極型晶體管(Q4)的集電極連接第六電容(C6)的第二端，其中，第三雙極型晶體管(Q3)，第四雙極型晶體管(Q4)組成共發(fā)射極一共基極連接結(jié)構(gòu)，第五電容(C5)隔離第四雙極型晶體管(Q4)基極偏置電流，同時提供交流信號通路，第六電容(C6)隔離第三雙極型晶體管(Q3)的基極偏置電流與第四雙極型晶體管(Q4)的集電極偏置電流，同時提供交流信號通路。
[0026]本實施例中使用第四電容(C4)作為第一級回轉(zhuǎn)器的輸出端與第二級回轉(zhuǎn)器的輸入端之間的耦合電容，將第一級回轉(zhuǎn)器與第二級回轉(zhuǎn)器耦合形成級聯(lián)回轉(zhuǎn)器結(jié)構(gòu)。其中，第四電容(C4)的第一端連接第一級回轉(zhuǎn)器的輸出端，第四電容(C4)的第二端連接第二級回轉(zhuǎn)器的輸入端，提供第一級回轉(zhuǎn)器的輸出端與第二級回轉(zhuǎn)器的輸入端之間的交流信號通路。
[0027]本實施例中的可變電容采用MOS管構(gòu)成，級聯(lián)回轉(zhuǎn)器將可變電容回轉(zhuǎn)為等效電感，其中，MOS管(M1)的柵極作為可變電容的輸入端連接第一級回轉(zhuǎn)器的輸出端，MOS管(M1)的源極連接漏極，同時連接可調(diào)電壓源。
[0028]本實施例中采用的直流偏置電路同時連接第一級回轉(zhuǎn)器與第二級回轉(zhuǎn)器，為第一級回轉(zhuǎn)器與第二級回轉(zhuǎn)器提供直流電路偏置。本實施例中的直流偏置電路由第五雙極型晶體管(Q5),第一電容(C1),第一電阻(R1),第二電阻(R2)，第三電阻(R3)，第四電阻(R4),第五電阻(R5)，第六電阻(R6)，第七電阻(R7)，第八電阻(R8)，第九電阻(R9)構(gòu)成，第五雙極型晶體管(Q5)的發(fā)射極連接第三電阻(R3)的第一端，第五雙極型晶體管(Q5)的基極連接第二電阻(R2)的第一端，第五雙極型晶體管(Q5)的集電級連接第一電阻(R1)的第一端，同時連接第二電阻(R2)的第二端，第四電阻(R4)的第一端，第五電阻(R5)的第一端，第六電阻(R6)的第一端，第七電阻(R7)的第一端，以及第一電容(C1)的第一端，第三電阻(R3)的第二端與第一電容(C1)的第二端共同連接到地，第一電阻(R1)的第二端連接第八電阻(R8)的第一端，第九電阻(R9)的第一端以及5伏電壓源，第七電阻(R7)的第二端連接第一雙極型晶體管(Q1)的基極，第六電阻(R6)的第二端連接第二雙極型晶體管(Q2)的基極，第八電阻(R8)的第二端連接第二雙極型晶體管(Q2)的集電極，第五電阻(R5)的第二端連接第三雙極型晶體管(Q3)的基極，第四電阻(R4)的第二端連接第四雙極型晶體管(Q4)的基極，第九電阻(R9)連接第四雙極型晶體管(Q4)的集電極，其中，第一電阻(R1)為第五雙極型晶體管(Q5)提供集電極偏置電流，第一電阻(R1)與第二電阻(R2)共同為第五雙極型晶體管(Q5)提供基極偏置電流，第三電阻(R3)作為反饋穩(wěn)定第五雙極型晶體管(Q5)的直流偏置，第一電容(C1)起到交流接地從而去耦的作用；通過第七電阻(R7)為第一雙極型晶體管(Q1)的基極提供基極偏置電流，通過第六電阻(R6)為第二雙極型晶體管(Q2)的基極提供基極偏置電流，通過第五電阻(R5)為第三雙極型晶體管(Q3)的基極提供基極偏置電流，通過第四電阻(R4)為第四雙極型晶體管(Q4)的基極提供基極偏置電流，通過第八電阻(R8)為第一雙極型晶