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。     

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-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3.84 GHz频率下,Q值可从636调节到4 032,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4 032、4 039和4 043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。     

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%。     

采用调制晶体管和双反馈回路的有源电感

在共源共栅-共漏有源电感的基础上,联合采用调制晶体管和双反馈回路,提出了一种可在不同频率下获得高的品质因子(Q)峰值,且分别可在大、小范围内粗调和细调电感值的新型宽频带可调谐有源电感。基于TSMC 0.18 μm CMOS工艺,利用ADS设计软件进行验证。结果表明,该有源电感在0~8.15 GHz的工作频率范围内,调节主回路的偏置电压,在频率为4.0,4.85,5.95 GHz时,分别获得1 154,6和1 293的高Q峰值。当Q值大于20时,其频率带宽均大于1.5 GHz,可以在43~132 nH之间粗调电感值的峰值。调节从回路的偏置电压,在5.95 GHz固定频率下,获得418~3 517的高Q峰值,且可以在10%比例范围内细调电感值的峰值。     

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...     

Design and simulation of High Q MEMS LC-tank for oscillators

This research focuses on the design of a high-performance MEMS LC-tank using a high Q MEMS inductor and capacitor. A two different gap varactor has been used to avoid pull-in voltage at 2.4 GHz. The layout has been done by CoventorWare software. The DC voltage is 2.5 v, which is applied to the plates and results of 2.04 pF could be gained. The Q factor of the varactor is computed at about 557.27, which is good enough to make a low-phase noise VCO. A hollow spiral inductor with a silicon base substrate for compatibility with CMOS technology has been designed. The Greenhouse equation has been used to obtain the dimensions of the inductor. A suspended inductor has been implemented to avoid substrate coupling. The simulation has been done by CoventorWare. The Q factor of the inductor has been calculated using Yue's model. The resultant values of inductance and the Q factor at 2.4 GHz, are 2.89 nH and 27, respectively, which are in good agreement with the results of theoretical computation. The results were verified with the well-documented literature.     

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%。     

Fabrication and performance of novel RF spiral inductors on silicon

This paper presents and discusses the fabrication and the performance of RF circular spiral inductors on silicon. The substrate materials underneath the inductor coil are removed by wet etching process. In the fabrication process, fine polishing of the photoresist is used to simplify the processes and ensure the seed layer and the pillars contact perfectly, and dry etching technique is used to remove the seed layer. The results show that Q-factor of the novel inductor is greatly improved by removing the silicon underneath the inductor coil. The spiral inductor for line width of 50 μm has a peak Q-factor of 17 at frequency of 1 GHz. The inductance is about 3.2 nH in the frequency range of 0.05-3 GHz and the resonance frequency of the inductors is about 6 GHz. If the strip is widened to 80 μm, the peak Q-factor of the inductor reduces to about 10 and the inductance is 1.5 nH in the same frequency range.     

一种UHF频段小数分频频率综合器设计与实现

基于130 nm CMOS工艺设计了一款特高频(UHF)频段的锁相环型小数分频频率综合器.电感电容式压控振荡器(LC VCO)片外调谐电感总值为2 nH时,其输出频率范围为1.06～1.24 GHz,调节调谐电感拓宽了频率输出范围,并利用开关电容阵列减小了压控振荡器的增益.使用电荷泵补偿电流优化了频率综合器的线性度与带内相位噪声.此外对电荷泵进行适当改进,确保了环路的稳定.测试结果表明,通过调节电荷泵补偿电流,频率综合器的带内相位噪声可优化3 dB以上,中心频率为1.12 GHz时,在1 kHz频偏处的带内相位噪声和1 MHz频偏处的带外相位噪声分别为-92.3和-120.9 dBc/Hz.最小频率分辨率为3 Hz,功耗为19.2 mW.     

基于SiGe HBT 的射频有源电感的设计

基于回转器原理,提出利用两个SiGe异质结晶体管,通过采用不同组态构成四种射频有源电感,其中包括两种正电感和两种负电感,并对它们的性能进行了比较.结果表明,共射组态与共集组态构成的有源电感的性能最优异,并就此做了详细讨论.在带宽为1～15.8 GHz的范围内,其电感值可以达到1 nH以上,电感的品质因数最大值达到75.4.通过调节晶体管的偏置电压,有源电感的电感峰值在1.268 nH-1.914 nH范围内变化.电感值的可调谐性对增强电路设计的可复用性及灵活性具有现实意义.     

Improvement of the Q-factor,for an adjustable inductor using a 90-μm silicon substrate on plastic

This article presents a four-port adjustable inductor with 0.18?µm Complementary Metal-Oxide-Semiconductor (CMOS) technology on plastic. The inductor has a high Q-factor and a small size for multiband UWB applications. When the four-port adjustable inductor, on VLSI-standard Si substrate, operates near 3, 4, 7.5 and 9?GHz, it has a Q-factor of 6.5, 6.7, 8 and 11.5 and an inductance of 2.1, 1.6, 1.1, 0.6?nH, respectively. Reducing the thickness of the Si substrate to 90?µm and mounting it on plastic causes a 25–31% improvement in the Q-factor, without change in the inductance, due to a reduction in the parasitic effect from the Si substrate. This is useful for multiband applications.