新型有源电感合成方法及其在射频电路中的应用

发布时间：2020-06-02 06:18

【摘要】：先进的深亚微米CMOS技术可以为射频集成电路提供更好的频率特性和较小的芯片面积,使得集成电路向系统级芯片(SOC)发展的趋势日益明显。目前由于无源平面螺旋电感不能随着深亚微米技术的进步而同步缩小,它依然存在占用芯片面积大,品质因子(Q值)低、电感值不可调谐等缺点,导致它在微型化与高度集成电路中的应用受到限制。相较于无源平面螺旋电感,MOS管合成的有源电感不仅面积小,而且更容易实现电感值与Q值的调谐,有利于CMOS射频电路的全集成。本文通过对有源电感与相关射频电路基础知识的研究,提出两种新型结构的有源电感,并将提出的两种新型有源电感分别应用在压控振荡器与功分器中。本文主要工作可概括如下:(1)提出一种基于可调谐有源电感的微型压控振荡器。该电路由新型有源电感、注入电流源和Self-cascode差分负阻三部分构成,版图总面积仅为0.47mm?0.35mm。其中,新型有源电感通过使用有源反馈电阻和辅助电容来提高电感值,利用控制电压改变有源反馈电阻来实现有源电感的可调谐。注入电流源用来影响流经有源电感中负跨导放大器的直流偏置电流,实现等效电感值与频率范围的调节,使得压控振荡器具有更好的调整频率能力。Self-cascode差分负阻给振荡器提供大的负阻值,使振荡器可以等幅振荡。在TSMC 0.18μm CMOS工艺下的仿真结果显示,该振荡器在1.8V的电源电压下总功耗为19.6mW;当控制电压从0.6V变化到1.6V时,振荡频率可以从0.50GHz变化到2.34GHz,可调范围高达129%;当振荡频率为0.50GHz时,偏离该频率1MHz处的相位噪声为-101.2 dBc/Hz。(2)提出一种基于高Q值有源电感的微型功分器。该电路在集总LC无源元件的功分器基础上通过采用新型有源电感替代无源平面螺旋电感而成,版图总面积仅为0.3mm?0.4mm。新型有源电感通过引入具有Cascode电流镜结构的反馈回路,实现电感的高Q值与宽调谐范围。基于新型有源电感的功分器不仅实现了微型化,而且优化了功分器的整体性能。在TSMC0.18μm CMOS工艺下的仿真结果显示,工作在2GHz中心频率处的功分器插入损耗为0.14dB,输入端口的回波损耗为36dB,输出端口的回波损耗为41.6dB,两输出端口间的隔离度为39.2dB;在1.8V电源电压下,电路直流功耗仅为4.8mW。此外,通过调节有源电感的外部偏置电压,可以在1.5GHz至2.5GHz频率范围内调谐功分器的中心频率,实现功分器的宽频率范围调谐。
【图文】：

该微型压控振荡器的版图照片

该微型功分器的版图照片
【学位授予单位】：湖南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN40

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本文编号：2692737