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%。     

一种改进型共源-共栅-共漏有源电感

在传统共源-共栅-共漏(CS-CG-CD)有源电感的基础上，提出一种改进型有源电感。在负跨导器的CG晶体管与正跨导器的CD晶体管之间引入带有并联电阻的第一反馈回路和具有小尺寸晶体管的第二反馈回路；另外，在负跨导器的CS晶体管与正跨导器的CD晶体管之间引入调控支路；最终，通过不同模块的相互配合及其他三个外部调控端电压的联合调节，实现了对电感性能的两种重构：1)在同一频率下取得高的Q峰值且Q峰值相对L值可大范围独立调节；2)在不同频率下取得高的Q峰值且Q峰值保持基本不变。验证结果表明，在频率5.81 GHz下，Q峰值可从1 132调谐到15 491,调谐范围高达1 268.5%,而电感值在7.65～7.67 nH之间变化，变化率仅为0.26%;在频率5.72 GHz、7.12 GHz和7.93 GHz下，分别取得了1 274、1 317和1 310的高Q峰值，Q峰值变化率仅为3.38%,同时分别取得了大的电感值7.62 nH、8.08 nH和8.81 nH;有源电感的直流功耗约为38.61 mW。     

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%。     

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,降低了输入信号的波动的影响,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,实现了宽工作频带与高Q值。对有源电感进行验证表明,电感工作频带为1~12GHz,在6.55GHz的高频下,Q值达到峰值566,同时,电感值可在19.6~26.3nH范围内调谐,Q值的线性度Q-1dB为-18dBm,同时在8.15GHz下,L值的线性度L-1dB为-20dBm。     

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。     

一种同时具有优秀电感值和 Ｑ 值特性的压控有源电感

提出了一种同时具有优秀电感值和Q值特性的新型压控有源电感（VCAI）,主要由回转器单元、Q值增强单元、调控补偿单元和噪声抑制单元等4个模块组成,其中回转器单元和调控补偿单元分别设置了两个外部调控电压。通过4个电路单元的相互配合和协同调节4个外部调控电压,使得VCAI不但具有高Q值、大电感值、低噪声,而且在不同工作频率下同时获得了大的电感峰值以及高的Q峰值,同时频带也可相对于电感峰值独立调谐。基于TSMC 0.13 μm CMOS进行工艺验证,结果表明,该VCAI在9.1 GHz的高频下,电感峰值和Q峰值可分别高达62052 nH和895.6;在9.4 GHz的高频下,电感峰值和Q峰值可分别高达55847 nH和861.2;工作频带可从6.12 GHz调谐到10.31 GHz,调谐比率高达68.46%,而电感峰值只在1271.1 nH ~ 1271.2 nH之间变化,变化率仅为0.0079%;最大噪声仅为3.61 nV/。     

一种Q值高且可独立调节的新型宽带有源电感

基于回转器原理,提出了一种可在较宽频带内工作、具有大电感值和高Q值、Q值相对于电感值可以独立调节的新型有源电感。在回转器的负跨导器中,引入了调制MOS管。一方面,增加了一个新的回转通路,进而增加了回转次数,实现了大电感值。另一方面,创建了一个反馈支路,减小了等效串联电阻,实现了高Q值。将为正跨导器提供偏置的电流源与负跨导器交叉耦合连接,形成负阻结构,增大了等效并联电阻,进一步提高Q值。在有源电感的输入端串接小尺寸MOS管,减小了等效输入电容,实现了高的谐振频率和宽的工作频带。对有源电感进行验证,结果表明,Q峰值可高达1 996,电感峰值可高达54 nH,工作频带为0~12 GHz。协同调节有源电感的两个外部偏置电压时,实现了Q值相对于电感值的独立调节。Q值峰值从52到995大幅度变化时,电感峰值的变化幅度仅为5.3%。     

基于有源网络和受控辅助电阻支路的有源电感

针对传统共漏-共栅-共源(CD-CG-CS)有源电感的不足,结合有源网络和受控辅助电阻支路,设计了一款具有大电感值,且可在不同频率下获得高Q峰值和在同一频率下对Q峰值进行大范围调谐的新型有源电感.基于TSMC 0.18μm CMOS工艺,利用安捷伦公司的射频电路设计工具ADS软件对其进行仿真验证.仿真结果表明:当调节有源网络偏置时,在2.48～2.87 GHz的工作频带内,取得了10.89～ 13.16 nH的大电感值,在2.48,2.74和2.87 GHz三个不同频率下,分别取得了9 997,4 015和2 717的高Q峰值.当调节受控辅助电阻支路偏置时,在工作频率为3.10 GHz下,取得了11.65～17.61 nH的大电感值,Q峰值可在616～3 823之间进行大范围调谐.用Cadence Virtuoso工具进行版图设计,新型有源电感的版图面积较小,仅为21.5 μm×34.4 μm.     

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,Q值大于138;在7.6 GHz高频下,电感值达130 nH,Q值达418,实现了宽工作频带范围内的高Q值和高电感值。与传统差分有源电感和带LC谐振电路的单端有源电感相比,该新型差分有源电感的性能较好。     

一种Q-f特性和对工作电压波动鲁棒性增强的有源电感

提出一种品质因数(Q)-频率特性(Q-f特性)和对工作电压波动鲁棒性增强的新型有源电感。首先,通过回转器、直流偏置电路、分流支路三个构成模块的相互配合和它们的外部偏置端电压的协同调节,增强了Q-f特性,即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节以及在不同频率下Q峰值保持基本不变的2种Q值特性;其次,通过设置由感知单元与放大单元构成的稳压模块,增强了电感值和Q峰值对工作电压波动的鲁棒性。结果表明,在频率3.84 GHz下,Q值可从636调节到4032,调节率高达533%,而电感值变化率仅为0.13%;在3.84 GHz、2.40 GHz和1.54 GHz不同频率下,分别取得4032、4039和4043的高Q峰值,Q峰值变化率仅为0.2%;电感值和Q峰值的工作电压敏感度分别为0.011 nH/mV和20.0 /mV。     

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。     

Magnetics on silicon: an enabling technology for power supply on chip

Data from the ITRS2003 roadmap for 2010 predicts voltages for microprocessors in hand-held electronics will decrease to 0.8V with current and power increasing to 4A and 3W, respectively. Consequently, low power converters will move to multimegahertz frequencies with a resulting reduction in capacitor and inductor values by factors of 5 and 20, respectively. Values required at 10 MHz, for a low power buck converter, are estimated at 130 nH and 0.6 uF, compatible with the integration of magnetics onto silicon and the concept of power supply-on-chip (PSOC). A review of magnetics-on-silicon shows that inductance values of 20 to 40nH/mm/sup 2/ can be achieved for winding resistances less than 1/spl Omega/. A 1-/spl mu/H inductance can be achieved at 5 MHz with dc resistance of 1/spl Omega/ and a Q of four. Thin film magnetic materials, compatible with semiconductor processing, offer power loss density that is lower than ferrite by a factor of 5 at 10 MHz. Other data reported includes, lowest dc resistance values of 120 m/spl Omega/ for an inductance of 120 nH; highest Q of 15 for an inductance of 350 nH and a current of 1 A for a 1- /spl mu/H inductor. Future technology challenges include reducing losses using high resistivity, laminated magnetic materials, and increasing current carrying capability using high aspect-ratio, electroplated copper conductors. Compatible technologies are available in the power switch, control, and packaging space. Integrated capacitor technology is still a long-term challenge with maximum reported values of 400 nF/cm/sup 2/.