[发明专利]线性化的晶体管合成电感

说明书

技术领域

本发明涉及射频器件与集成电路领域，特别是涉及一种线性化的晶体管合成电感。

背景技术

电感是射频集成电路中的常用元件之一，目前广泛使用的是片上平面螺旋电感。螺旋电感的性能与其几何形状、尺寸密切相关。电感值越大，螺旋电感所占的面积越大，且品质因子Q值低，集成难度大、成本高。随着集成电路器件特征尺寸的不断缩小，片上螺旋电感越来越难以实现芯片面积的小型化。利用晶体管和电阻、电容等元件组成的电路，使其输入阻抗呈现电感特性，能够作为电感元件替代螺旋电感。利用晶体管合成的电感，与螺旋电感相比，晶体管合成电感占用芯片面积小、品质因子Q值高，并且其等效电感值和品质因子Q值可调谐，解决了螺旋电感在射频电路中存在的问题，可替代螺旋电感应用于射频集成电路与射频系统中。同时晶体管合成电感也存在不足之处：由晶体管合成的电感，由于晶体管自身的非线性因素，使得晶体管合成电感存在非线性因素。因此，晶体管合成电感在射频电路中的应用具有一定的局限性，在线性度要求高的射频电路中，需要增加电路结构提高晶体管合成电感的线性度。

发明内容

本发明的目的是提供一种线性化的晶体管合成电感，采用前向反馈电流源改善该电感的线性度，电感值的输入1-dB压缩点提高了8dBm，总谐波失真最高下降19％。采用电路复用的负阻网络，通过复用晶体管合成电感电路中的直流偏置与跨导中的有源器件构成负阻网络，提高了电感的Q值。本发明电感应用于放大器中，可以提高放大器的线性度，并且当输入信号的幅度变化时，放大器的增益稳定。

本发明采用如下技术方案：

一种线性化的晶体管合成电感如图1所示，包括：第一跨导放大器，第二跨导放大器，第一电流镜，第二电流镜，第三电流镜，反馈电容，可调电阻，第一可调电流源，第二可调电流源。

第一跨导放大器、第二跨导放大器分别为一个负跨导放大器与一个正跨导放大器，两个跨导放大器交叉连接构成回转器。第一跨导放大器的输入端为晶体管合成电感的输入端，并连接第二跨导放大器的输出端，第一跨导放大器的输出端通过可调电阻连接第二跨导放大器的输入端。跨导放大器为双极型晶体管构成的单级放大器或由双极型晶体管级联而成的多级放大器。第一跨导放大器、第二跨导放大器构成的回转器能够把第二跨导放大器的输入等效电容回转为等效电感。

可调电阻第一端连接第一跨导放大器的输出端，可调电阻第二端连接第二跨导放大器的输入端。当改变可调电阻的电阻值时，可以调节晶体管合成电感的等效电感值与品质因子Q值。采用可调电阻增强了晶体管合成电感的可调性。

第一电流镜、第二电流镜、第三电流镜与反馈电容构成前向反馈电流源。第一电流镜的第一端与第二电流镜第二端连接，第一电流镜的第二端连接晶体管合成电感输入端，第二电流镜的第一端连接第三电流镜第二端，第三电流镜第一端连接第一可调电流源。反馈电容第一端连接第二跨导放大器的输入端，反馈电容第二端连接第三电流镜的镜像连接点，其中：电流镜第一端电流为基准电流，电流镜第二端电流为镜像电流，镜像连接点为电流镜中基准电流与镜像电流的对称点。采用前向反馈电流源改善了晶体管合成电感的线性度。

第一可调电流源、第二可调电流源为电压控制电流源，当调节外部偏置电压时，可调节输出偏置电流。第一可调电流源连接第三电流镜的第一端，第二可调电流源连接第一跨导放大器的输出端，调节第一可调电流源、第二可调电流源电流的大小，能够调节晶体管合成电感的电感值与品质因子Q值。

第一电流镜的镜像连接点与第一跨导放大器连接构成电路复用的负阻网络，进一步提高了品质因子Q值。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明创新地采用前向反馈电流源，改善了电感的1-dB压缩点，总谐波失真，从而提高了电感的线性度。同时采用电路复用的负阻网络，通过复用晶体管合成电感电路中的电流镜与正跨导中的有源器件构成负阻网络，提高了电感的Q值。

附图说明

图1是本发明线性化的晶体管合成电感的结构框图；

1-第一跨导放大器，2-第二跨导放大器，3-第一电流镜，4-第二电流镜，5-第三电流镜，6-反馈电容，7-可调电阻，8-第一可调电流源，9-第二可调电流源

图2是本发明线性化的晶体管合成电感的实施例；

图3是本发明线性化的晶体管合成电感的电感值与频率的关系；

图4是本发明线性化的晶体管合成电感的Q值与频率的关系图；