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%。     

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-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。     

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。     

采用新型可调谐有源电感的频率可调谐高Q低噪声的带通滤波器

对采用双回转结构交叉耦合差分有源电感(DGC-DAI)的可调谐、高品质因子Q和低噪声差分有源带通滤波器(THQLNA-BPF)进行了研究。输入级,采用差分共基-共射结构,以抑制噪声和获得高频特性;输出级,采用差分共集放大器,以获得高的驱动能力和高的隔离度;有源电感滤波网络,利用DAI电感值可宽范围调谐、高Q值和低的噪声,来分别实现BPF的中心频率的宽范围调节、高Q值和良好的噪声特性;进一步地,利用变容二极管网络改善BPF中心频率的可调性和提高Q值,利用有源可调负阻网络提高BPF的Q值和进行Q值独立调节。基于WIN 0.2μm GaAs HBT工艺,利用ADS对THQLNA-BPF进行性能验证。结果表明:中心频率可在1.68 GHz~4.32 GHz范围内调谐,调谐量达2.64 GHz;最大和最小Q分别达到83.6和33.6;噪声范围为6.04 dB~8.83 dB;在中心频率为3.69 GHz时,输入1 dB压缩点为-7.3 dBm,稳定系数μ>1;静态功耗小于18 mW。     

低功耗宽带CMOS低噪声放大器

本文实现了一款低功耗的宽带低噪声放大器(LNA)。该低噪放由输入级、中间级和输出级组成。由于每一级都采用了电流复用技术,显著地降低了功耗。输入级通过电阻、电容负反馈和并联电感,实现了良好的输入匹配。引入电感抵消了电容产生的虚部阻抗并且抵消了电容产生的极点。与电阻负反馈放大器相比,本文提出的结构提高了增益。中间级通过并联电感引入零点,采用低Q值拓展带宽。输出级是源级跟随器,提供了良好的输出匹配。经0.18 μm TSMC CMOS工艺仿真验证,在3 V的电源电压下,功耗仅为4.89 mW。另外在1~4.5 GHz频带范围内,电压增益(S21)为14.8±0.4 dB,噪声系数(NF)介于3.1~4.2 dB之间,输入、输出反射系数(S11、S22)均小于-10 dB。在4GHz时,输入三阶交调点(IIP3)达到-11dBm。     

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/。     

一个应用于卫星导航接收机的低功耗可配置双频多模射频前端

本文给出了一个应用于GPS、北斗、伽利略和Glonass四种卫星导航接收机的高性能双频多模射频前端。该射频前端主要包括有可配置的低噪声放大器、宽带有源单转双电路、高线性度的混频器和带隙基准电路。详细分析了寄生电容对源极电感负反馈低噪声放大器输入匹配的影响,通过在输入端使用两个不同的LC匹配网络和输出端使用开关电容的方法使低噪声放大器可以工作在1.2GHz和1.5GHz频带。同时使用混联的有源单转双电路在较大的带宽下仍能获得较好的平衡度。另外,混频器采用MGTR技术在低功耗的条件下来获得较高的线性度,并不恶化电路的其他性能。测试结果表明：在1227.6MHz和1557.42MHz频率下,噪声系数分别为2.1dB和2.0dB,增益分别为33.9dB和33.8dB,输入1dB压缩点分别0dBm和1dBm,在1.8V电源电压下功耗为16mW。     

一种增益可调节的MB-LPC-LNA

采用低噪声有源电感,设计了一种增益可调节的MB-LPC-LNA。在输入级,采用带有噪声抵消支路的有源电感,实现了不同频率下输入阻抗匹配与输入噪声的匹配;放大级采用共射共基-共射电流复用结构,实现了低功耗;在输出端使用了一个电阻负载,实现了输出阻抗匹配。基于Jazz 0.35 μm SiGe BiCMOS工艺库,采用射频集成电路设计工具ADS,对该MB-LPC-LNA的性能进行验证。结果表明,在3.6 GHz和5.6 GHz两个频带下,该LNA的输入输出匹配良好,输入回波损耗分别为-21.9 dB和-21.7 dB,输出回波损耗分别为-23.5 dB和-16.0 dB;反向隔离度良好,均小于-80 dB;噪声性能良好,噪声系数分别为4.33 dB和4.51 dB;电压放大性能良好,增益分别为23.7 dB和23.9 dB;功耗较低,分别为14.9 mW和15.4 mW;线性度良好,IIP3和OIP3分别为-9 dBm和13 dBm。     

一种输出匹配可调的、高线性度宽带功率放大器

采用自适应偏置技术和有源电感实现了一款输出匹配可调的、高线性度宽带功率放大器(PA)。自适应偏置技术抑制了功放管直流工作点的漂移,提高了PA的线性度。有源电感参与输出匹配,实现了输出匹配可调谐,该策略可调整因工艺偏差、封装寄生造成的输出匹配退化。利用软件ADS对电路进行验证,结果表明,在4 GHz频率下,输入1dB压缩点(Pin 1dB)为-7dBm,输出1dB压缩点(Pout 1dB)为11dBm,功率附加效率(PAE)为8.7%。在3.1GHz~4.8 GHz频段内,增益为(20.3±1.1)d B,输入、输出的回波损耗均小于-10dB。     

一种多频带高线性度CMOS单边带混频器

基于TSMC 0.18μm CMOS工艺,设计实现了一种多频带高线性度的单边带(SSB)混频器。该混频器以经典的电流换向结构为基础,采用电阻负载以满足多频带工作、高线性度和高带内增益平坦度要求,并节省了面积。通过集成有源巴伦将混频器输出差分信号转换成单端信号,提高了发射机的系统集成度且有利于降低功耗。测试结果表明:在2.3～2.4 GHz及3.4～3.6 GHz工作频带内,IP1dB大于0 dBm,带内增益平坦度小于0.5 dB,本振泄漏小于-47 dBm,镜像信号抑制大于36 dB,为LTE标准的无线射频前端芯片的进一步研究提供了参考。     

基于新型可调谐有源电感的微型宽带功分器

采用0.18 μm RF CMOS工艺,设计了一种基于可调谐有源电感的微型宽带Wilkinson功分器,由正跨导放大器、负跨导放大器、构成反馈回路的Cascode电流镜结构与双重外部电压偏置电路构成,新型有源电感基于回转器原理实现。仿真结果表明,中心工作频率为2 GHz时,功分器的插入损耗小于0.15 dB,输入端口与输出端口的回波损耗均大于36 dB,两输出端口间的隔离度大于39 dB。改变外部偏置电压时,中心工作频率可在1.3~3.0 GHz频率范围内调谐。在1.8 V电源电压下,功耗为4.8 mW,版图尺寸为0.3 mm×0.4 mm。     

应用于2.4GHz无线传感网的低功耗共栅低噪声放大器设计

本文给出一种基于TSMC 0. 18μm RF CMOS工艺、应用于无线传感器网络2.4GHz的低功耗低噪声放大器设计。本设计采用两级级联的交叉耦合共栅结构,第一级共栅级采用电容交叉耦合技术以降低电路功耗的同时提高电路增益、降低电路噪声。第二级共栅级采用正反馈交叉耦合技术以提供一个负阻抵消负载电感的寄生电阻,提高电感等效Q值,进一步提高增益。为了达到足够的增益,作者设计了一款片上差分电感作为负载,对其进行了电磁场仿真,建立了双π模型并进行了流片验证。该低噪声放大器经过流片,测试结果显示：高增益工作情况下,其增益S21为16.8dB,低增益工作情况下为1dB。高增益工作情况下,其噪声系数为3.6dB;低增益工作情况下,电路的输入1dB压缩点为-8dBm,IIP3为2dBm。该低噪声放大器在1.8V电源电压下,工作电流约为1.2mA。     

一种高性能宽带直接变频射频前端设计

提出一种宽带(250 MHz~4.7 GHz)无电感BiCMOS射频前端结构,包含低噪声跨导放大器(LNTA)、带电阻无源混频器和跨阻级。低噪声跨导放大器使用了噪声和线性度消除技术,例如输入交叉耦合结构、互补输入和电流复用技术。带电阻无源混频器采用退化电阻来提高线性度。仿真结果表明, 当电源电压为3.3 V时,总电流为9.38 mA, 噪声系数为9.8 dB(SSB),电压转换增益为20 dB,输入3阶交调为+11.8 dBm。     

具备谐波抑制的高阶有源N路径带通滤波器

采用三级2阶N路径滤波单元设计了一种带谐波抑制功能的高阶有源N路径带通滤波器。在第二、三级之间插入负电阻和回转器,可提高滤波器的Q值、带宽和线性度;在末级的串联型2阶N路径滤波单元中采用有相位差的时钟信号进行控制,可有效地抑制三次谐波。基于0.18μm CMOS工艺仿真。结果表明,该滤波器的最高增益为20.12 dB,中心频率调谐范围为0.1~1 GHz,带外抑制高达50.2 dB@700 MHz,三次谐波抑制大于40 dB,噪声系数为4.71~6.9 dB,带外输入3阶交调点(IIP3)为16.3 dBm@50 MHz。     

兼有高Q值、高电感值、高线性度的新型全差分有源电感

联合采用Cascode拓扑、电阻反馈网络和电流前馈技术,提出了一款兼有高Q值、高电感值、高线性度的可调谐的Cascode新型全差分有源电感。基于TSMC 0.18μm CMOS工艺,利用安捷伦公司的射频仿真工具ADS完成了有源电感的设计与仿真验证,应用Cadence Virtuoso工具完成了版图的绘制。结果表明,通过改变差分有源电感外加偏置,可以实现Q和电感值的可调,在1.2 GHz时Q值达到了最大值2 653,并且在此频率下电感值也高达15.563 n H,同时电感的线性度与没加电流前馈时相比提高了11.3 d BV。