一种采用调制晶体管和有源反馈电阻的新型差分有源电感

提出了一种品质因数-频率(Q-f)特性、电感值-频率(L-f)特性增强和线性度高的新型差分有源电感。它主要由正跨导器、负跨导器、调制晶体管和有源反馈电阻共4个单元构成,其中,调制晶体管的外部配置了电压调控端并串接于差分结构的负跨导器的漏极,来实现电感值的调节和增大。有源反馈电阻的外部配置了电压调控端并串接于负跨导器的漏极和正跨导器的栅极之间,来实现Q值的调节和增大。负跨导器也配置了外部电压调控端,来实现对频带的调节;进一步地,调制晶体管和有源反馈电阻也改善了有源电感的线性度。最终,通过4个单元的相互配合和3个外部调控端电压的协同调节,可实现4种有源电感的优异综合性能:(1)在同一频率下,Q峰值相对于L值可独立调节;(2)在多频点下取得高且基本恒定的Q峰值;(3)在宽工作频带内可对L值进行大范围调节,同时Q值能够保持较高的值;(4)高的L值线性度。验证结果表明,在3.85 GHz下,Q峰值可在963~3374之间调谐,调谐率为111.2%,而电感值变化率仅为0.28%;在3.10 GHz、3.55 GHz和3.70 GHz三个频点下,分别取得了1916、1923和1821的高Q峰值,变化率仅为5.4%;在2.65 GHz~3.6 GHz频带内,L值的调谐范围均大于31%,且Q值始终大于10;电感的线性度高达-9 dBV。

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 0.13μm 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。

采用有源电感的小面积宽可调范围VCO

为了实现电感-电容压控振荡器(LC VCO)的全集成和小面积,同时使其振荡频率具有较宽的可调范围和较低的相位噪声,采用差分有源电感和Q值增强共源共栅电路结构,对LC VCO进行设计。采用差分有源电感代替螺旋电感,减小了芯片面积,并利用有源电感的可调性,增大了振荡频率的可调范围。采用Q值增强共源共栅电路结构,增加了LC VCO的输出功率和Q值,进而减小了相位噪声。基于TSMC 0.18μm RF CMOS工艺,采用Cadence仿真工具对LC VCO进行仿真验证。结果表明,LC VCO振荡频率的可调范围高达129%,在偏离最大振荡频率1MHz处,最低相位噪声为-121.4dBc/Hz,直流功耗为11mW,优值FOMT(考虑到调谐范围)为-193.6dBc/Hz。