體管(Q1)的集電極以及第二雙極型晶體管(Q2)的集電極提供集電極偏置電流，通過第九電阻(R9)為第三雙極型晶體管(Q3)的集電極以及第四雙極型晶體管(Q4)的集電極提供集電極偏置電流。
[0029]本發(fā)明有源電感采用兩級回轉器與耦合電容形成的級聯(lián)回轉器結構，將可變電容回轉為等效電感，其中，第一級回轉器的輸入端作為有源電感的信號輸入端，第二級回轉器的輸出端作為有源電感的信號輸出端；與單級回轉器結構相比，采用級聯(lián)回轉器結構不但可將可變電容回轉成等效電感，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。同時，由于引入了可變電容，增大了有源電感的等效電感值。另外，通過調節(jié)可調電壓源，可以改變可變電容的等效電容值，使有源電感的等效電感值和品質因子Q在滿足工作要求的情況下具有可調性，可調范圍大。
[0030]圖3是上述實施例中的可變電容的等效電容值與可調電壓源的直流特性關系圖，所述可調電壓源的電壓調節(jié)范圍為O?2伏，可以看出，調節(jié)可調電壓源可以改變可變電容的等效電容值，從而改變有源電感等效電感值和品質因子Q的大小。
[0031]圖4是上述實施例中有源電感的等效電感值與工作頻率的關系圖，圖5是上述實施例中有源電感的品質因子Q值與工作頻率的關系圖?？梢钥闯?，本發(fā)明電感，當可調電壓源電壓為1.2伏，工作頻率在14.9GHz時，等效電感值為4.2X 10_9亨，品質因子Q值為65，當可調電壓源電壓為2.0伏，工作頻率在15.6GHz時，等效電感值為4.1 X 10_9亨，品質因子Q值為514，充分顯示了該有源電感可以工作在高頻段下、具有高的品質因子Q值和可調諧的特點，可滿足無線通信系統(tǒng)中的射頻集成電路與射頻系統(tǒng)在高頻段下工作的需求。
[0032]本發(fā)明提供所述第一級回轉器的另一個實施例，如圖6所示，第一級回轉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)，第三電容(C3)，以及第十電阻(R10)構成，第一雙極型晶體管(Q1)的基極作為第一級回轉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)射極連接到地，第一雙極型晶體管(Q1)的集電極連接第二電容(C2)的第一端以及第二雙極型晶體管(Q2)的集電極，第二雙極型晶體管(Q2)的基極作為第一級回轉器的輸出端連接第二電容(C2)的第二端，第二雙極型晶體管(Q2)的發(fā)射極連接第三電容(C3)的第二端以及第十電阻(Rltl)的第一端，第十電阻(Rltl)的第二端連接到地，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)射極一共集電連接結構，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)的發(fā)射極偏置電流，同時提供交流信號通路。當采用圖2中所示的直流偏置電路時，第一雙極型晶體管(Q1)的基極連接第七電阻(R7)的第二端，第二雙極型晶體管(Q2)的基極連接第六電阻(R6)的第二端，第一雙極型晶體管(Q1)的集電極與第二雙極型晶體管(Q2)的集電極同時連接第八電阻(R8)的第二端。
[0033]本發(fā)明提供所述第二級回轉器的另一個實施例，如圖7所示，第二級回轉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)，第六電容(C6)，以及第^^一電阻(R11)構成，第三雙極型晶體管(Q3)的基極作為第二級回轉器的輸入端連接第六電容(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，以及第i^一電阻(R11)的第一端相連接，第十一電阻(R11)的第二端連接到地，第四雙極型晶體管(Q4)的基極作為第二級回轉器的輸出端連接第五電容(C5)的第二端，第四雙極型晶體管(Q4)的發(fā)射極連接到地，第四雙極型晶體管(Q4)的集電極與第三雙極型晶體管(Q3)的集電極，以及第六電容(C6)的第二端相連接，其中，第三雙極型晶體管(Q3)，第四雙極型晶體管(Q4)組成共集電極一共發(fā)射極連接結構，第五電容(C5)隔離第四雙極型晶體管(Q4)的基極偏置電流，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。當采用圖2中所示的直流偏置電路時，第三雙極型晶體管(Q3)的基極連接第五電阻(R5)的第二端，第四雙極型晶體管(Q4)的基極連接第四電阻(R4)的第二端，第三雙極型晶體管(Q3)的集電極與第四雙極型晶體管(Q4)的集電極同時連接第九電阻(R9)的第二端。
[0034]圖2與圖6、圖7所示的回轉器實施例相比較，圖2中的回轉器結構本身是電流復用結構，直流功耗較低，且回轉電容獲得的等效電感值與品質因子Q較大。圖6中的回轉器結構可獨立調節(jié)，使兩個雙極型晶體管具有不同的跨導，可調性較好，但是對直流偏置的精度要求較高，且直流功耗較大。圖7中的回轉器結構回轉電容獲得的等效電感值的工作帶寬較寬，但是等效電感值與品質因子Q較小。
[0035]本發(fā)明提供所述可變電容的另一個實施例，如圖8所示，其中，可變電容由二極管(D1)以及可調電壓源構成，二極管(D1)的正向端作為可變電容的輸入端連接第一級回轉器的輸出端，二極管(D1)的負向端連接可調電壓源，通過調節(jié)可調電壓源的大小從而改變可變電容的等效電容值。
[0036]圖2與圖8所示的可變電容實施例相比較，圖2中的可變電容通過MOS管實現(xiàn)，精度高，可調范圍較廣，多使用于集成電路中，圖8中的可變電容通過二極管實現(xiàn)，等效電容較大，易于板級實現(xiàn)，但是調節(jié)精度不高且集成度較低。
[0037]本發(fā)明提供所述直流偏置電路的另一個實施例，如圖9所示，其中，直流偏置電路包括第二 MOS管(M2)，第三MOS管(M3)，第四MOS管(M4)，第五MOS管(M5)，第六MOS管(M6)，第七MOS管(M7)，5伏供電電壓；其中，5伏供電電壓連接第二 MOS管(M2)的源極，同時連接第三MOS管(M3)的源極，第四MOS管(M4)的源極，第五MOS管(M5)的源極，第六MOS管(M6)的源極以及第七MOS管(M7)的源級，第二 MOS管(M2)的漏極連接第一雙極型晶體管(Q1)的基極，第三MOS管(M3)的漏極連接第二雙極型晶體管(Q2)的基極，第四MOS管(M4)的漏極連接第三雙極型晶體管(Q3)的基極，第五MOS管(M5)的漏極連接第四雙極型晶體管(Q4)的基極，第六MOS管(M6)的漏極連接第二雙極型晶體管(Q2)的集電極，第七MOS管(M7)的漏極連接第四雙極型晶體管(Q4)的集電極，第二 MOS管(M2)的柵極連接第一偏置電壓V1，第三MOS管(M3)的柵極連接第二偏置電壓V2，第四MOS管(M4)的柵極連接第三偏置電壓V3，第五MOS管(M5)的柵極連接第四偏置電壓V4，第六MOS管(M6)的柵極連接第五偏置電壓V5，第七MOS管(M7)的柵極連接第六偏置電壓V6。
[0038]圖2與圖9所示的直流偏置電路實施例相比較，圖2中的直流偏置電路由雙極型晶體管與電阻構成，結構簡單，易于實現(xiàn)，輸出的偏置電流穩(wěn)定，對電阻的精度要求較低，但是功耗較大，圖9中的直流偏置電路通過MOS管實現(xiàn)，功耗較低，并且可以通過改變柵極電壓以改變輸出的偏置電流，可調性較好，但是需要增加額外的可調電壓源，且對可調電壓源的精度具有較高的要求。
[0039]對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業(yè)技術人員能夠實現(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業(yè)技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
【主權項】
1.一種射頻有源電感，其特征在于，包括:第一級回轉器，第二級回轉器，耦合電容，可變電容和直流偏置電路；其中，第一級回轉器與第二級回轉器通過耦合電容耦合形成級聯(lián)回轉器結構，耦合電容的第一端連接第一級回轉器的輸出端，耦合電容的第二端連接第二級回轉器的輸入端，第一級回轉器的輸入端作為有源電感的信號輸入端，第二級回轉器的輸出端作為有源電感的信號輸出端，可變電容的輸入端連接第一級回轉器的輸出端，直流偏置電路同時連接第一級回轉器與第二級回轉器。2.如權利要求1所述的射頻有源電感，其特征在于，所述第一級回轉器與第二級回轉器均由雙極型晶體管構成。3.如權利要求1所述的射頻有源電感，其特征在于，所述第一級回轉器與第二級回轉器采用共發(fā)射極一共基極連接結構，或者采用共發(fā)射極一共集電極連接結構，或者采用共集電極一共發(fā)射極結構。4.如權利要求1所述的射頻有源電感，其特征在于，所述可變電容具有輸入端與可調電壓源。5.如權利要求1所述的射頻有源電感，其特征在于，所述可變電容采用MOS管構成，或者采用二極管構成。6.如權利要求1所述的射頻有源電感，其特征在于，所述直流偏置電路由雙極型晶體管與電阻構成，或者采用MOS管。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種射頻有源電感，包括第一級回轉器，第二級回轉器，耦合電容，可變電容，直流偏置電路，其中，第一級回轉器與第二級回轉器通過耦合電容耦合形成級聯(lián)回轉器結構，第一級回轉器的輸入端作為有源電感的信號輸入端，第二級回轉器的輸出端作為有源電感的信號輸出端，可變電容的輸入端連接第一級回轉器的輸出端，直流偏置電路同時連接第一級回轉器與第二級回轉器，提供直流偏置。本發(fā)明創(chuàng)新地采用級聯(lián)回轉器結構，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，通過調節(jié)可變電容的電容值使有源電感的等效電感值與品質因子Q在高頻范圍內可調，可滿足無線通信系統(tǒng)中的射頻集成電路與射頻系統(tǒng)在高頻段下工作的需求。
【IPC分類】H03H11/08
【公開號】CN104917488
【申請?zhí)枴緾N201510366412
【發(fā)明人】張萬榮, 黃鑫, 謝紅云, 金冬月, 趙彥曉, 金子超, 陳吉添, 劉亞澤, 劉碩, 趙馨儀
【申請人】北京工業(yè)大學
【公開日】2015年9月16日
【申請日】2015年6月29日