[發明專利]浮地雙端口對稱結構的有源電感

無效

• 申請號: 201010523701.5
• 申請日: 2010-10-29
• 公開（公告）號: CN102035501A
• 公開（公告）日: 2011-04-27
• 發明（設計）人: 來強濤;毛軍發
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H03H11/04
• 分類號: H03H11/04
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發明涉及的是一種電子技術領域的電感，尤其是一鐘將CMOS場效應管通過交叉耦合方式連接起來的浮地雙端口對稱結構的有源電感。

背景技術

隨著面向消費電子產品領域的無線通信市場急劇增加，采用CMOS工藝實現的低成本低功耗無線收發芯片受到廣泛的關注。CMOS螺旋電感在無線收發芯片中有著廣泛應用。這些應用包括帶寬擴展、阻抗匹配、頻率選擇、射頻移相器、壓控振蕩器等等。但是螺旋電感本身的版圖特征使得它存在很多缺陷，如低的諧振頻率、低的品質因子、小的可調范圍以及大的面積。

近幾年來，人們開始采用CMOS場效應管實現有源電感。與傳統的螺旋電感相比，有源電感具有占用面積小、品質因子高、諧振頻率高以及電感值可調范圍大等明顯優勢，適合應用在高性能低成本的無線收發芯片。

經對現有技術文獻的檢索發現，Chun-Lee?Ler等提出一種對稱差分結構的有源電感，它的諧振頻率是5GHz，電感值為23nH，Q值最大為68，功耗0.9mW，占用芯片面積是0.0026mm²(IEEE?Micro.And?Wireless?Compon.Lett.，Vol.18，no.10，pp.683-685，Oct.2008)。2009年Chun-Lee?Ler等人提出了一種采用前饋電流源技術實現的高線性度的有源電感，諧振頻率為3.05GHz，最大的Q值達到175，占用的面積是0.027mm²，但是功耗達到了10mW(IEEETrans.Microwave?Theory?and?Techniques，Vol.57，no.8，pp.1915-1924，Aug.2009)。

以上這些方法雖然在一定程度上增加了電感的諧振頻率和Q值，降低了芯片的面積，但是這些有源電感都是基于單端或者雙端差分結構，在實際的電路中不好取代傳統兩端口的螺旋電感，因此這些有源電感的實際應用場合不多。

發明內容

本發明的目的在于為了滿足低成本高性能的無線收發芯片要求，提供一種浮地雙端口對稱結構的有源電感，本發明其結構簡單，易于直接取代電路中的無源螺旋電感，提供高Q值和高諧振頻率以及小的芯片占用面積，可應用于CMOS無線收發芯片的設計中。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明由一個基本的交叉耦合晶體管對和一個負反饋電感組成，交叉耦合晶體管對呈浮地雙端口對稱結構，負反饋電阻被加在晶體管對的兩個漏端之間。

所述的交叉耦合晶體管對，在其漏端連接一個負反饋的電阻，并在兩個管子的漏端采用偏置在三極管區的晶體管來實現一個可變電阻。

本發明在0.5-6GHz頻率范圍內的頻率響應，諧振頻率是4.2GHz，最大電感值為33nH，最大品質因子Q為68.功耗為3.6mW。

所述的可變電阻調節該有源電感的電感值。這種方式可以在電路的阻抗表達式中引入負號，從而實現高的電感值和低的串聯阻抗。

本發明采用電阻負反饋技術，可以得到大的可調的電感值，并且具有實現簡單，寄生效應小等特點。減少了寄生的串聯電阻，實現高電感值和Q值。可用很少數量的晶體管和一個電阻實現具有高品質因子、高電感值以及小芯片占用面積的電感。該電感可以直接替代電路中的傳統螺旋電感。通過測試驗證了設計的可行性和仿真的準確性。

本發明除去測試焊盤，占用芯片面積為0.023mm²。

本發明采用TSMC?0.18μm?CMOS工藝加工該有源電感，并采用CASCADE探針臺和Agilent網絡分析儀對芯片進行了S參數測試，最終通過變換關系式計算出電感的Q值以及電感值。本發明測試數據和仿真數據一致，進一步驗證了該設計的正確性和可靠性。

本發明通過采用新型電路設計，將CMOS場效應管通過交叉耦合方式連接起來實現一種新型的雙端口浮地有源電感，其結構簡單，Q值和諧振頻率高，芯片占用面積小，可直接取代電路中的無源螺旋電感。

附圖說明

圖1為有源電感的電路原理圖；

圖2有源電感等效小信號模型；

圖3為有源電感的等效電路圖；

圖4為有源電感的加工芯片實物圖；

圖5為有源電感的等效電感和串聯電阻值的仿真和測試結果；

圖6為本發明測試得到的有源電感的Q值和電感值。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明的實施例作詳細說明：以下實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。