一款多种优异性能集于一体的高频压控有源电感

提出一款多种优异性能集于一体的高频压控有源电感(HFVCAI),主要由分别配置1个外部电压调控端的第一交叉耦合单元、第二交叉耦合单元和配置2个外部电压调控端的调控单元构成。其中,第一和第二交叉耦合单元并联,且调控单元与它们串联,通过不同单元间的协同配合和4个外部电压的联协调控,HFVCAI能够集3种优异性能于一身:电感值和Q值在同一高频点下皆能取得高的峰值;电感值能够在高频下大范围调谐,而与此同时,Q峰值却能够保持基本不变; Q峰值能够在高频点下大范围调谐,而电感值却能保持几乎不变。基于TSMC 0.18μm CMOS工艺,利用射频工具ADS对HFVCAI的性能进行了验证。结果表明,电感值和Q值在12.78 GHz高频下同时取得高的峰值,分别为2 841.49 n H和2 118;电感值能够在12 GHz高频下从23.93 n H调谐至123.82 n H,而Q峰值基本保持在87; Q峰值在12.52 GHz高频下能够从26调谐至1 445,而电感值基本保持在401 n H。     

采用可调谐高Q有源电感的高优值VCO的研究

对采用新型可调谐、高Q的有源电感(THQAI)的高优值(FOM)压控振荡器(VCO)进行了研究。在LC振荡回路模块中,利用THQAI具有高Q值、较宽调谐范围的特性,分别实现了VCO的低相位噪声和宽的频率调谐范围;在负阻电路模块中,将电流进行复用,使其只有一条直流工作支路,降低了VCO的功耗,又由于电路中的MOS晶体管始终工作在饱和区,进一步降低了VCO的相位噪声;在输出缓冲级,采用共源NMOS晶体管,放大了该VCO的输出波形。最终,这些技术手段使得VCO的调谐范围、相位噪声和功耗均得到了改善,因此获得了高的FOM值。基于TSMC 0.13μm CMOS工艺库,利用射频集成电路设计工具ADS对该VCO进行性能验证。结果表明,该VCO的振荡频率调谐范围高达73%,最低相位噪声仅为-123dBc/Hz,且功耗仅为13.4mW,FOM值为-195.1dBc/Hz,具有较好的综合性能。     

一种Q-频率特性增强的低噪声压控有源电感

提出了一种Q-频率特性增强的低噪声压控有源电感(VCAI),电路主要由双反馈回路、前馈支路及两个电流镜共四个模块构成。其中,双反馈回路一方面用于构成回转器以实现电感特性,另一方面用于产生负阻以提高Q值,并为其配置两个调控端以实现对Q值和电感值的调节;而两个电流镜也配置了两个外部调控端,用来改变电路直流偏置以进一步对Q值和电感值进行调节;前馈支路与回转器的正跨导器相连,以改善VCAI的噪声。最终,通过四个模块相互配合以及四个调控端的协同调控,使得VCAI的Q-频率特性得到增强,即不但在同一频率下Q峰值可以相对于电感值独立调节,而且在不同频率下Q峰值可以基本保持不变,还具有低的噪声。验证结果表明,在3 GHz频率下,Q峰值可从135大范围调节到1 132,而电感值仅从43.50 nH到43.89 nH范围内微弱变化;在2 GHz、3.4 GHz和5 GHz不同频率下,Q峰值分别为682、659和635,变化率仅为6.8%;在1 GHz下,VCAI的输入参考噪声电压为3.2 nV/Hz,相比于未加入前馈支路的9.2 nV/Hz降低了6 nV/Hz。     

一种电感值可独立调节的低噪声有源电感

基于回转器-电容原理,联合采用回转电容、可调反馈电阻、补偿电容和噪声抵消支路,提出了一种电感值相对于Q值可独立调节的低噪声有源电感。通过改变正-负跨导器之间的回转电容值来实现电感值的调节。因调节电感值而引起的Q值变化,可通过调节正-负跨导器之间的可调反馈电阻值和伪差分对之间的补偿电容值来共同补偿,从而实现电感值相对于Q值的独立调节。通过噪声抵消支路来降低有源电感的噪声。对该有源电感的性能验证表明,协同调节3个外部偏置电压,可实现电感值相对于Q值的独立调节,在电感峰值变化幅度为175.49%时,Q值的峰值变化幅度仅为4.88%。在0~6 GHz内,有源电感的输入参考噪声电流均小于45 pA·Hz-1/2,噪声较低。     

一种电感值和Q峰值可相互独立调谐的高线性有源电感

设计了一种电感值和Q峰值可相互独立调谐的高线性有源电感。该电感主要由跨导增强模块、互补共源级模块以及单端负阻模块构成。其中,跨导增强模块不仅可以作为正跨导器,并且可实现对电感值的大范围调谐;互补共源级模块不仅可以作为负跨导器,并且可改善有源电感的线性度;单端负阻模块不仅提高了Q值,并且补偿由电感值的调谐导致的Q峰值的变化。最终,通过以上模块的相互配合及其外部端口电压的协同调控,改善了有源电感的线性度,而且实现了在同一频率下Q峰值相对于电感值可大范围独立调谐以及在不同频率下电感值相对于Q峰值可大范围独立调谐的优秀性能。验证结果表明,该有源电感电感值的-1 dB压缩点为-7 dBm;在2.07 GHz的频率下,Q峰值可从240调节到1573,而电感值从11.89 nH仅变化到12.11 nH;在0.989 GHz、2.070 GHz和3.058 GHz的不同频率下,取得了493.7、501.2和508.4的高Q峰值,变化率仅为3%,而相应频率下的电感值分别为16.1 nH、13.4 nH和6.8 nH,变化率为136.7%。     

一种高Q值且频带可独立调谐的差分有源电感

设计了一种高Q值、频带可独立调谐的新型差分有源电感。采用多重共源-共栅调制结构,使有源电感具有小的等效串联电阻和高的Q值。采用多重共源负反馈结构,使有源电感具有小的等效并联电容、高的自谐振频率和宽的工作频带。通过对正跨导器跨导的调谐来实现对工作频带的调谐,同时,对负跨导器中共源管的跨导进行调谐,补偿因调谐工作频带而对Q值带来的影响,从而实现频带相对于Q值的独立调谐。对该新型差分有源电感进行性能验证,结果表明, 5.9 GHz时,有源电感的Q值高达1 143,电感值可达154 nH。工作频带在6.1~7.7 GHz之间调谐时,调谐范围可达26.2%,而Q值峰值在1 162~1 120之间变化,变化范围仅为3.6%。     

采用全差分有源电感的高优值VCO

提出了一种高集成度高优值压控振荡器(VCO)。采用全差分有源电感,克服了传统螺旋电感面积大、不可调谐的缺点。采用可变电容阵列和开关电容阵列,既扩大了振荡频率的可调范围,又降低了相位噪声。采用改进型电流复用型负阻单元,降低了直流功耗和相位噪声。基于TSMC 0.13 μm CMOS工艺,利用ADS工具对该VCO进行了验证。结果表明,VCO的振荡频率范围为0.31~5.13 GHz,调节率高达177.7%。在1 MHz偏频处,相位噪声最低值为-125.3 dBc/Hz,直流功耗为63 mW,优值为-201.3 dBc/Hz,综合性能较好。     

一种性能多种重构的高频压控有源电感

提出了一种性能多种重构的高频压控有源电感(HFVCAI).电路主要由第一回转回路、第二回转回路以及调控支路构成,且第一回转回路和第二回转回路并联,调控支路与第一回转回路连接,两个回转回路均配置了外部调控端.通过协同调节3个外部调控端,可对HFVCAI的性能进行3种重构:在高频工作区能够对电感值进行大范围调控,且同时能保...     

一种新型的Q值与L值可相互独立调谐的低噪声有源电感

提出了一种新型的品质因数(Q)与电感值(L)可相互独立调谐的低噪声有源电感。该电感主要由双回转器、调制支路、可调反馈电阻、跨导增强支路和噪声抑制单元构成。其中,双回转器是由第一回转回路和第二回转回路并联而成,获得了大电感值;调制支路不仅能减小等效并联电阻,提高Q值,还可实现对电感值的大范围调谐;可调反馈电阻不仅能增大Q值,还能实现对Q值的独立调节,也能补偿因调谐L值引起的Q值的变化;跨导增强支路和噪声抑制单元分别降低了第一回转回路和第二回转回路的噪声,从而降低有源电感的整体噪声。最终,通过上述电路模块的紧密配合及所配置的三个外部调控端电压的深度协作,实现了Q值与L值可相互独立调谐以及低噪声的优异特性。仿真结果表明,该有源电感在3.8 GHz频率下,Q峰值可从674调节到5 083,调谐率为153.2%,而L值变化率仅为0.3%;在3.65 GHz下,L值可由6.1 nH调节到15.5 nH,调谐率高达87%,而与之对应的Q值的变化率仅为3.7%;在2~6 GHz范围内,有源电感的最大和最小输入噪声分别为5.29 nV/Hz和1.75 nV/Hz。     

采用可调谐有源电感的多频段低噪声放大器

设计了一种采用可调谐有源电感(TAI)的多频段低噪声放大器(MBLNA).在放大级中,由电感值及Q值可多重调谐的TAI与电容值可调谐的变容二极管构成选频网络,并结合共射-共基放大电路,实现对不同频段信号进行选择放大.输入级采用带有输入串联电感与发射极电感负反馈的共射放大电路,实现了 MBLNA输入阻抗的宽带匹配.输出级...     

一种新型高线性高频有源电感

基于回转器原理,提出了一种具有高线性度、高Q值和大电感值的新型高频有源电感.将一MOS管与回转器中的负跨导器并联,形成跨导退化结构,降低了输入信号波动的影响,实现了高线性度;在回转器的正跨导器中,引入了反馈电阻支路,增加了回转通路,实现了大电感值;将负电容电路与有源电感的输入端相连,减小了其等效输入电容和等效电阻,实现...     

一种Q-f与L-f特性增强的高线性有源电感

提出了一种品质因数(Q)-频率(f)特性与电感值(L)-频率(f)特性增强的新型高线性有源电感,主要由负跨导器、新型正跨导器、Q值增强调制模块、反馈电阻、两级电平转换电路和负跨导器分流支路组成。通过多个电路单元间的协同配合和所设置的三个外部偏置端电压的联合调谐,该有源电感不但具有高Q值,Q值相对于电感值可独立调节,而且高Q峰值及电感值在不同频率下能够基本保持不变,同时也有高的线性度。验证结果表明,在6 GHz下,Q值可在275~4 471之间变化,调谐率为176.8%,而电感值的变化率仅为1.5%;在4.8 GHz、5.2 GHz、5.6 GHz和6 GHz的4个频点下,分别获得了4 480、4 469、4 473和4 471的高Q峰值,变化率仅为0.24%,且电感值分别为7.532 nH、7.467 nH、7.909 nH、7.977 nH,变化率仅为6.3%;电感值的-1 dB压缩点为-13 dBV。     

具有电容阵列和电感阵列的1.8~2.6GHz CMOS压控振荡器

设计了一个具有开关电容阵列和开关电感阵列的1.76~2.56GHz CMOS压控振荡器。电路采用0.18µm 1P6M CMOS工艺实现。经测试,压控振荡器的频率调谐范围为37%。在频率调谐范围内及1MHz频偏处,相位噪声变化范围为-118.5dBc/Hz至 -122.8dBc/Hz。在1.8V电源电压下,功耗约为14.4mW。基于具有电容阵列和电感阵列的可重构LC谐振回路,对压控振荡器的调谐范围参数进行了分析和推导,所得结果为电路设计提供了指导。     

一种采用LC谐振电路的高频差分有源电感

提出了一种采用LC并联谐振电路的新型差分有源电感,实现了宽的工作频带、高的Q值、较大的电感值和可调谐功能.采用无源电感和MOS晶体管可变电容构成LC谐振电路,减小了等效串联电阻和等效并联电容,在增大电感值、Q值的同时,扩大了工作频带.仿真结果表明,在2～7.6 GHz频率范围内,该新型差分有源电感的电感值大于26 nH...     

一种低压低功耗有源电感

提出了一种低压低功耗有源电感(LVLPAI)。它由新型正跨导器、负跨导器以及电平转换模块构成。其中,电平转换模块与新型正跨导器的输入端和负跨导器的输出端连接,同时,新型正跨导器采用了PMOS晶体管,并将栅极和衬底短接,最终使得有源电感可在低压下工作,且在不同频率下具有低的功耗。基于0.18 μm RF CMOS工艺进行性能验证,并与传统AI进行对比。结果表明,LVLPAI和传统AI比较,在1.5 GHz、2.7 GHz、4.4 GHz这三个频率处分别取得三个电感值3 326 nH、1 403 nH、782 nH的条件下,前者和后者的工作电压分别为0.8 V、1 V、1.2 V和1.5 V、1.6 V和1.7 V,分别下降了46.7%、37.5%、29.4%;功耗分别为0.08 mW、0.25 mW、0.53 mW和0.14 mW、0.31 mW、0.62 mW,分别下降了42.9%、19.4%、14.5%。     

有源电感复用型2.4GHz/5.2GHz双频段LNA

采用可调谐有源电感复用结构,设计了一款用于3G TD-SCDMA和WLAN的2.4GHz/5.2GHz双频段低噪声放大器(DB-LNA)。2.4GHz频段电路采用折叠共源共栅(FC)结构,5.2GHz频段电路采用共栅(CG)结构。FC和CG结构均采用可调谐有源电感,通过调谐有源电感的等效阻抗,优化匹配到源阻抗。基于TSMC 0.18μm CMOS工艺,实现了有源电感复用型DB-LNA。ADS仿真结果表明,频率为2.4GHz时,S21=35dB,NF=4.42~4.59dB,IIP3=0dBm,P-1dB=-14dBm;频率为5.2GHz时,S21=34dB,NF=2.74~2.75dB,IIP3=-5dBm,P-1dB=-9dBm。     

有源电感复用型2.4 GHz/5.2 GHz双频段LNA

采用可调谐有源电感复用结构,设计了一款用于3G TD-SCDMA和WLAN的2.4 GHz/5.2 GHz双频段低噪声放大器(DB-LNA)。2.4 GHz频段电路采用折叠共源共栅(FC)结构,5.2 GHz频段电路采用共栅(CG)结构。FC和CG结构均采用可调谐有源电感,通过调谐有源电感的等效阻抗,优化匹配到源阻抗。基于TSMC 0.18 μm CMOS工艺,实现了有源电感复用型DB-LNA。ADS仿真结果表明,频率为2.4 GHz时,S₂₁=35 dB,NF=4.42～4.59 dB,IIP3=0 dBm,P-1dB=-14 dBm;频率为5.2 GHz时,S₂₁=34 dB,NF=2.74～2.75 dB,IIP3=-5 dBm,P-1dB=-9 dBm。     

精确的1.08GHz CMOS电感电容压控振荡器

在0.35μm 2P4M标准CMOS工艺上,设计了一个精确的1.08GHz CMOS电感电容压控振荡器.提出了一种有效计算压控振荡器周期的新方法,采用该方法计算的频率-电压调谐曲线与实验结果吻合得很好.在电源电压3.3V下,消耗电流3.1mA,压控振荡器的相位噪声在10kHz频偏处为-82.2dBc/Hz.芯片面积为0.86mm×0.82mm.     

一种双回转器有源电感

针对基于共源-共栅负跨导器的传统单回转器有源电感(TSAI-CS-CG)的不足,联合采用双回转器结构、负阻网络和负反馈网络,提出了一款兼有大电感值、高Q值、高线性度、宽频带、可调谐特性的双回转器有源电感(DGAI)。基于TSMC 0.13μm RF CMOS工艺,利用是德科技公司的射频高级设计系统（ADS）进行验证。结果表明：电感工作频率范围为0~22.5GHz;Q峰值可达6883;电感的-1dB压缩点高达-17dBm;调节外部偏置,在频率为15GHz下,在频率为15GHz下,电感值可从19.59nH到73.41nH之间进行大范围调节。     

一种基于数字可控电感的宽带压控振荡器

提出了一种基于数字可控电感的宽带压控振荡器(VCO)。根据人工介电常数控制理论,提出了利用数字可控差分传输线实现电感可调的方法,并在ADS软件中对数字可控差分电感进行仿真和优化,最终提出了一种采用数字可控电感来实现宽带VCO的方法。在Cadence仿真环境中,采用GF 65 nm CMOS工艺进行电路设计。流片后,测得电路总的频率调节范围约为6.5 GHz(68.737~75.283 GHz),实现了较宽的频带。