[发明专利]基于有源电感实现的半有源片上电感

说明书

技术领域

本发明属于电子技术领域，更进一步涉及微电子技术领域的射频集成电路中的一种基于有源电感实现的半有片上电感。本发明的可用于射频集成电路中低噪声放大器、压控振荡器、滤波器以及射频匹配网络等射频集成电路领域中来达到提高增益和展宽带宽等作用。

背景技术

随着射频集成电路领域的发展，对高性能的平面螺旋电感的需求日益迫切，片上电感性能的提高已经成为当今微电子技术领域的研究热点。片上电感在射频集成电路领域有着非常广泛的应用，主要包括提高增益、展宽带宽等。由于芯片制造的工艺限制，片上电感的金属损耗和衬底损耗很大，尤其在工作频率比较高时，其损耗更大，导致品质因素Q值很低，成为制约射频集成电路性能的瓶颈。因此，提升片上电感性能一直是射频集成电路设计的关键问题。

目前提高片上电感Q值的主要途径有三种：第一种是从工艺上的改进；第二种是从结构上进行优化；第三种是利用负阻电路提高片上电感Q值。但是前两种途径在给定的工艺的集成电路设计中，设计人员一般很难通过改变工艺来提高电路性能，所以这些途径都是受到限制的。而第三种途径，利用负阻电路提高片上电感Q值已是射频集成电路设计广泛采用的技术，即所谓的半有源电感，但采用传统的交叉耦合MOS管实现的负阻电路的寄生电容太大，从而限制了其在宽带射频领域的应用。

东南大学提出的专利申请“一种超高Q值片上可调电感”（申请号201210406980.6，申请公布号CN103001566A）公开了一种超高Q值片上可调电感。该专利申请包括电感单元、电容调控单元和负阻调控单元。其中电感单元是由一个变压器的主电感和副电感组成。通过电容调控单元来实现对电感的自谐振频率和Q值峰值频点的调节，通过负阻调控单元来对电感Q值和L值进行调节。但是该专利申请存在的不足是：一是该负阻单元采用的传统的交叉耦合连接的MOS晶体管实现存在大的寄生电容限制了工作频率带宽；二是该电感单元要用变压器实现，占用芯片面积大。

华东师范大学提出的专利申请“一种片上集成电感”（申请号：201110042201.4，申请公布号：CN102169868A）公开了一种片上电感结构。该专利申请提出了一种相邻电感线圈互相偏移不重叠的片上电感结构，相邻两层电感线圈从俯视方向上看，互相偏移不重合，降低了电感导线间的寄生电容，提高电感Q值，扩展电感频率带宽。但是该专利存在的不足是：该片上电感结构复杂，加工难度大。

杭州电子科技大学提出的专利申请“一种垂直结构差分集成螺旋电感”（申请号：201110051873.1，申请公布号：CN102097429A）公开了一种垂直结构的差分集成螺旋电感结构。该专利申请垂直方向上的螺旋电感，利用多层金属引线和通孔形成垂直方向上的平面连线，减小了片上电感占用的芯片面积。但是该专利存在的不足是：垂直结构的片上电感产生的不断变化的电场和磁场会影响芯片的金属层中的电流信号的传递，从而影响芯片的正常工作。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于从负阻电路能够提高电感Q值的角度出发，提出了一种基于有源电感实现的半有源片上电感，本发明能提高电感工作频率较高情况下的Q值。

本发明的思路是：本发明的思路是在射频无源器件的损耗机理以及电路原理的基础上提出的，旨在减小无源片上电感的寄生电阻产生的损耗，降低负阻结构单元中晶体管的寄生电容对工作频率带宽的限制。无源片上电感的寄生电阻可以等效为一个与无源片上电感相并联的正电阻，该电阻越大代表无源片上电感的寄生电阻产生的损耗越小，根据电路原理，一个负电阻与一个正电阻相并联可以使得并联后的总电阻变大。负阻结构单元中晶体管的寄生电容可以等效为一个与负阻结构单元并联的一个电容，该电容越大代表负阻结构单元工作频率带宽越窄，根据电路原理，电容与电感并联能产生谐振，对信号工作频率的限制减小。本发明包括一个片上无源电感、一个负阻结构单元和一个有源电感单元三个部分：其中，

所述的片上无源电感的一端为输入端，另一端接地。

所述的负阻结构单元是一个二端口电路，其中端口1接输入端，端口2接有源电感单元的输入端。

所述的有源电感单元是一个单端输入有源电感，所述的有源电感的输入端与负阻结构单元的端口2相连接。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

第一，本发明中的无源片上电感为方形无源片上电感，设计时不需要修改片上电感版图形状结构，克服了现有技术中通过修改电感版图形状结构来提高片上电感Q值的不足，使得本发明加工简单，易于实现。