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近年来,随着无线通信技术的发展,无线收发机成为了研究热点。电感被广泛应用于无线收发机中的射频模块(低噪声放大器、功率放大器、混频器和滤波器等)。但是由于一般无源电感具有占用芯片面积大和品质因数低的缺点,使其应用受到了限制。因此本文研究和设计了射频有源电感,代替无源电感,满足射频集成电路的微型化和集成化发展需求。主要工作如下:
(1)研究了基于回转器原理的二端口网络合成有源电感的方法,分析了跨导gm和负载电容CL对有源电感性能的影响。
(2)通过晶体管的不同组态组合,基于SiGe HBT,我们合成了四种基本射频有源电感,包括两种有源正电感(CE-CB有源电感和CE-CC有源电感)和两种有源负电感(CE-CE有源电感和CB-CC有源电感),并对四种有源电感进行了模拟。对CE-CC有源电感,在偏置电压Vcc从3.15V变化到2.95V时,电感值可调谐范围为1.268nH-1.914nH。当电压值为3V时,自谐振频率为16GHz。在频率为12.9GHz下,电感Q值达到最大值75.4。调节负载电容CL至20pF,使电感值最大达6nH。
(3)在对电阻反馈、单共基反馈的Cascode射频有源电感的基础上,提出了双共基反馈的Cascode射频有源电感,兼顾了电感值L和品质因数Q。电阻反馈的Cascode射频有源电感具有相对较大的电感值,但由于引入了电阻,而使品质因数Q较低。采用单共基晶体管反馈的有源电感,由于输入阻抗中有负阻存在,使品质因数Q较高,但是电感值偏低。因此,在单共基反馈的Cascode射频有源电感基础上,再引入一个共基组态,使该有源电感的电感值得到了增加。模拟结果显示,在8.5GHz下,双共基反馈的Cascode射频有源电感的电感值最大为0.5nH,自谐振频率为11 GHz;在4.5GHz下,品质因数Q最大值达到290。
(4)在研究SiGe BiCMOS的工艺的基础上,给出了制作有源电感所要用到的工艺和版图设计的一些考虑,最终基于Jazz0.35μm BiCMOS工艺,画出了CE-CC有源电感和双共基反馈的Cascode射频有源电感的版图,版图尺寸分别为60×70μm2和65×110μm2,充分显示了射频有源电感在节省芯片面积方面的优势。