[发明专利]一种射频有源电感

说明书

技术领域

本发明涉及射频器件与集成电路领域，特别是涉及一种基于级联回转器的射频有源电感。

背景技术

电感是射频集成电路与系统中的重要元件之一。在射频集成电路中往往使用片上螺旋电感，但是螺旋电感的电感值与几何尺寸密切相关，电感值越大，螺旋电感所占的芯片面积也越大，品质因子Q值低，集成难度大、成本高。利用晶体管合成的有源电感，为解决螺旋电感的上述问题提供了一个方案。与螺旋电感相比，有源电感采用的晶体管尺寸较小，因而占用芯片的面积小、品质因子Q值高，并且因晶体管的偏置可调，使得等效电感值和品质因子Q值可调谐，特别适合应用于小型化和可调谐的射频集成电路与射频系统中。

为了满足持续增长的无线移动通信业务需求，卫星通信系统与微波中继系统等无线通信系统正在向工作频率为6GHz～15GHz的高频段方向发展，这就要求无线通信系统中的射频集成电路与射频系统也将工作在高频段，进而要求所使用的电感元件也必须工作在高频端。目前，基于单级回转器的有源电感的研究已经取得了一定进展，但工作频率较低，不能满足高频段下工作的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于级联回转器的射频有源电感，该有源电感采用两级回转器与耦合电容形成的级联回转器结构，与单级回转器结构相比，采用级联回转器结构不但可将可变电容回转成等效电感，而且减小了有源电感中的等效并联电容，进而提高了有源电感的自谐振频率，使有源电感可在高频段下工作。此外，通过调节可变电容的等效电容值，可以使有源电感的等效电感值与品质因子Q在工作频率范围内可调，且调节范围较大，可满足无线通信系统中的射频集成电路与射频系统对高频电感的需求。本发明属于射频集成电路领域。

本发明采用如下技术方案：

一种射频有源电感如图1所示，包括第一级回转器，第二级回转器，耦合电容，可变电容，直流偏置电路。

所述第一级回转器与第二级回转器通过耦合电容耦合形成级联回转器结构，其中，所述耦合电容的第一端连接第一级回转器的输出端，耦合电容的第二端连接第二级回转器的输入端。

所述第一级回转器的输入端作为有源电感的信号输入端，所述第二级回转器的输出端作为有源电感的信号输出端，所述第一级回转器与第二级回转器均由双极型晶体管构成，所述第一级回转器与第二级回转器采用晶体管的共发射极—共基极连接结构，或者采用晶体管的共发射极—共集电极连接结构，或者采用晶体管的共集电极—共发射极结构。

所述可变电容具有输入端与可调电压源，通过可调电压源以实现等效电容值的可调节。所述可变电容的输入端连接第一级回转器的输出端，所述可变电容采用MOS管构成，或者采用二极管构成。

所述直流偏置电路同时连接第一级回转器与第二级回转器，为第一级回转器与第二级回转器提供直流偏置。所述直流偏置电路由双极型晶体管与电阻构成，或者采用MOS管构成。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明有源电感创新地将两级回转器通过耦合电容耦合形成级联回转器结构，通过级联回转器结构把可变电容回转为等效电感。该结构减小了有源电感中的等效并联电容，进而提高了有源电感的自谐振频率，使有源电感可在高频段下工作。此外，由于引入可变电容，可以使有源电感的等效电感值与品质因子Q在工作频率范围内具有良好的可调性，满足无线通信系统中的射频集成电路与射频系统对高频电感的需求。

附图说明

图1是本发明电感的结构框图；

图2是本发明电感的一个实施例；其中：1-信号输入端；2-信号输出端；3-第一级回转器；4-第二级回转器；5-可变电容；6-可调电压源；7-耦合电容；8-直流偏置电路；

图3是本发明电感中的可变电容与可调电压源的直流特性关系图；

图4是本发明电感的电感值与工作频率的关系图；其中：9-可调电压源为2.0V；10-可调电压源为1.2V；

图5是本发明电感的品质因子Q值与工作频率的关系图；其中：9-可调电压源为2.0V；10-可调电压源为1.2V；

图6是本发明电感的第一级回转器的另一个实施例；其中：11-第一级回转器的输入端；12-第一级回转器的输出端；3-第一级回转器；

图7是本发明电感的第二级回转器的另一个实施例；其中：13-第二级回转器的输入端；14-第二级回转器的输出端；4-第一级回转器；

图8是本发明电感的可变电容的另一个实施例；其中：15-可变电容的输入端；6-可调电压源；