線性化的晶體管合成電感的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及射頻器件與集成電路領域，特別是涉及一種線性化的晶體管合成電感。
【背景技術】
[0002]電感是射頻集成電路中的常用元件之一，目前廣泛使用的是片上平面螺旋電感。螺旋電感的性能與其幾何形狀、尺寸密切相關。電感值越大，螺旋電感所占的面積越大，且品質因子Q值低，集成難度大、成本高。隨著集成電路器件特征尺寸的不斷縮小，片上螺旋電感越來越難以實現(xiàn)芯片面積的小型化。利用晶體管和電阻、電容等元件組成的電路，使其輸入阻抗呈現(xiàn)電感特性，能夠作為電感元件替代螺旋電感。利用晶體管合成的電感，與螺旋電感相比，晶體管合成電感占用芯片面積小、品質因子Q值高，并且其等效電感值和品質因子Q值可調諧，解決了螺旋電感在射頻電路中存在的問題，可替代螺旋電感應用于射頻集成電路與射頻系統(tǒng)中。同時晶體管合成電感也存在不足之處:由晶體管合成的電感，由于晶體管自身的非線性因素，使得晶體管合成電感存在非線性因素。因此，晶體管合成電感在射頻電路中的應用具有一定的局限性，在線性度要求高的射頻電路中，需要增加電路結構提高晶體管合成電感的線性度。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種線性化的晶體管合成電感，采用前向反饋電流源改善該電感的線性度，電感值的輸入Ι-dB壓縮點提高了 8dBm，總諧波失真最高下降19%。采用電路復用的負阻網(wǎng)絡，通過復用晶體管合成電感電路中的直流偏置與跨導中的有源器件構成負阻網(wǎng)絡，提高了電感的Q值。本發(fā)明電感應用于放大器中，可以提高放大器的線性度，并且當輸入信號的幅度變化時，放大器的增益穩(wěn)定。
[0004]本發(fā)明采用如下技術方案:
[0005]一種線性化的晶體管合成電感如圖1所示，包括:第一跨導放大器，第二跨導放大器，第一電流鏡，第二電流鏡，第三電流鏡，反饋電容，可調電阻，第一可調電流源，第二可調電流源。
[0006]第一、第二跨導放大器分別為一個正跨導放大器與一個負跨導放大器，兩個跨導放大器交叉連接構成回轉器。第一跨導放大器的輸入端為晶體管合成電感的輸入端，并連接第二跨導放大器的輸出端，第一跨導放大器的輸出端通過可調電阻連接第二跨導放大器的輸入端?？鐚Х糯笃鳛殡p極型晶體管構成的單級放大器或由雙極型晶體管級聯(lián)而成的多級放大器。第一、第二跨導放大器構成的回轉器能夠把第二跨導放大器的輸入等效電容回轉為等效電感。
[0007]可調電阻第一端連接第一跨導放大器的輸出端，可調電阻第二端連接第二跨導放大器的輸入端。當改變可調電阻的電阻值時，可以調節(jié)晶體管合成電感的等效電感值與品質因子Q值。采用可調電阻增強了晶體管合成電感的可調性。
[0008]第一電流鏡、第二電流鏡、第三電流鏡與反饋電容構成前向反饋電流源。第一電流鏡的第一端與第二電流鏡第二端連接，第一電流鏡的第二端連接晶體管合成電感輸入端，第二電流鏡的第一端連接第三電流鏡第二端，第三電流鏡第一端連接第二可調電流源。反饋電容第一端連接第二跨導放大器的輸入端，反饋電容第二端連接第三電流鏡的鏡像連接點，其中:電流鏡第一端電流為基準電流，電流鏡第二端電流為鏡像電流，鏡像連接點為電流鏡中基準電流與鏡像電流的對稱點。采用前向反饋電流源改善了晶體管合成電感的線性度。
[0009]第一可調電流源、第二可調電流源電流為電壓控制電流源，當調節(jié)外部偏置電壓時，可調節(jié)輸出偏置電流。第一可調電流源連接第三電流鏡的第一端，第二可調電流源連接第一跨導放大器的輸出端，調節(jié)第一可調電流源、第二可調電流源電流的大小，能夠調節(jié)晶體管合成電感的電感值與品質因子Q值。
[0010]第一電流鏡的鏡像連接點與第一跨導放大器的輸出端連接構成電路復用的負阻網(wǎng)絡，進一步提高了品質因子Q值。
[0011]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0012]本發(fā)明創(chuàng)新地采用前向反饋電流源，改善了電感的Ι-dB壓縮點，總諧波失真，從而提高了電感的線性度。同時采用電路復用的負阻網(wǎng)絡，通過復用晶體管合成電感電路中的電流鏡與正跨導中的有源器件構成負阻網(wǎng)絡，提高了電感的Q值。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明線性化的晶體管合成電感的結構框圖；
[0014]1-第一跨導放大器，2-第二跨導放大器，3-第一電流鏡，4-第二電流鏡，5-第三電流鏡，6-反饋電容，7-可調電阻，8-第一可調電流源，9-第二可調電流源
[0015]圖2是本發(fā)明線性化的晶體管合成電感的實施例；
[0016]圖3是本發(fā)明線性化的晶體管合成電感的電感值與頻率的關系；
[0017]圖4是本發(fā)明線性化的晶體管合成電感的Q值與頻率的關系圖；
[0018]圖5是本發(fā)明線性化的晶體管合成電感的電感值隨輸入信號的變化；1_采用多級電流鏡與電容耦合反饋支路，2-未采用多級電流鏡與電容耦合反饋支路
[0019]圖6是本發(fā)明線性化的晶體管合成電感的總諧波失真。
[0020]1-采用多級電流鏡與電容耦合反饋支路，2-未采用多級電流鏡與電容耦合反饋支路
【具體實施方式】
[0021]為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，下面結合附圖，對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0022]本發(fā)明中的線性化的晶體管合成電感包括:第一跨導放大器，第二跨導放大器，第一電流鏡，第二電流鏡，第三電流鏡，反饋電容，可調電阻，第一可調電流源，第二可調電流源。圖2是本發(fā)明中的線性化的晶體管合成電感的實施例。
[0023]本實施例中的第一跨導放大器由第一雙極型晶體管(Ql)與第三雙極型晶體管(Q3)構成，第一跨導放大器為負跨導放大器，第二跨導放大器由第二雙極型晶體管(Q2)構成，第二跨導放大器為正跨導放大器，可調電阻由第九MOS管(Mk)與第一電阻(Rf)構成；由正、負跨導放大器構成的回轉器能夠把第二跨導放大器的等效輸入電容回轉為等效電感，可調電阻連接在第一跨導放大器的輸出端與第二跨導放大器的輸入端，用于提高該晶體管合成電感的電感值與Q值。第一 MOS管(Ml)用于為第二雙極型晶體管(Q2)的集電極提供偏置電流，第二 MOS管(M2)用于為第一雙極型晶體管(Ql)與第三雙極型晶體管(Q3)的集電極提供偏置電流。
[0024]本實施例中的第一跨導放大器、第二跨導放大器與可調電阻構成的電路的【具體實施方式】為:第一雙極型晶體管(Ql)的基極為第一跨導放大器的輸入端，并作為該線性化的晶體管合成電感的輸入端，第一雙極型晶體管(Ql)的發(fā)射極接地，第一雙極型晶體管(Ql)的集電極連接第三雙極型晶體管(Q3)的發(fā)射極，同時連接第一 MOS管(Ml)的柵極，第三雙極型晶體管(Q3)的基極連接偏置電壓源Vb3，第三雙極型晶體管(Q3)的集電極是第一跨導放大器的輸出端，連接第二 MOS管(M2)的漏極，同時連接第九MOS管(Mk)的源極以及第一電阻(Rf)第二端。第二雙極型晶體管(Q2)的基極是第二跨導放大器的輸入端，連接第一電阻(Rf)第一端，同時連接第九MOS管(Mk)的漏極，第二雙極型晶體管(Q2)的集電極連接電源電壓，第二雙極型晶體管(Q2)的發(fā)射極是第二跨導放大器的輸出端，連接第一雙極型晶體管(Ql)的基極與第一 MOS管(Ml)的漏極，第一 MOS管(Ml)的源極接地。第二 MOS管(M2)的源極連接電源電壓，柵極連接第二偏置電壓源Vt_2。
[0025]本實施例中，由第一電流鏡、第二電流鏡、第三電流鏡與反饋電容構成前向反饋電流源。第一 MOS管(Ml)與第三MOS管(M3)構成第一電流鏡，第四MOS管(M4)、第五MOS管(M5)與第一電容(Cl)構成第二電流鏡，第六MOS管(M6)、第七MOS管(M7)與第二電阻(Rg)構成第三電流鏡，第二電容(C2)為反饋電容，第八MOS管(M8)為第三電流鏡提供基準電流。
[0026]本實施例中，由第一電流鏡、第二電流鏡、第三電流鏡與反饋電容構成前向反饋電流源的【具體實施方式】為:第三MOS管(M3)的漏極是第一電流鏡的第一端，第三MOS管(M3)的漏極電流為第一電流鏡的基準電流。第一 MOS管(Ml)的漏極是第一電流鏡的第二端，第一 MOS管(Ml)的漏極電流為第一電流鏡的鏡像電流。第一 MOS管(Ml)的柵極連接第三MOS管(M3)的柵極與漏極，第三MOS管(M3)的源極接地，第三MOS管(M3)的漏極連接第四MOS管(M4)的漏極。第五MOS管(M5)的漏極是第二電流鏡的第一端，第五MOS管(M5)的漏極電流為第二電流鏡的基準電流，第四MOS管(M4)的漏極是第二電流鏡的第二端，第四MOS管(M4)的漏極電流為第二電流鏡的鏡像電流。第四MOS管(M4)的源極連接電源電壓，第四MOS管(M4)的柵極連接第五MOS管(M5)的柵極與漏極，并與第一電容(Cl)第一端連接，第一電容(Cl)第二端接地，第五MOS管(M5)的源極連接電源電壓。第七MOS管(M7)的漏極是第三電流鏡的第一端，第七MOS管(M7)的漏極電流為第三電流鏡的基準電流，第六MOS管(M6