可小型化设计的电感的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种可小型化设计的电感，包括：第一双极型晶体管（Q1），第二双极型晶体管（Q2），螺旋电感（Lf），第一MOS管（M1），第二MOS管（M2）。本发明结合了螺旋电感与晶体管合成电管（有源电感）的优点，能够获得大的电感值，并且电感值可调节，占用面积小，品质因子高，功耗低。
【专利说明】可小型化设计的电感
【技术领域】
[0001]本发明涉及射频器件与集成电路领域，特别是涉及一种电感。
【背景技术】
[0002]射频集成电路中往往用到电感元件，电感用在输入输出匹配技术中可以实现最大功率的传输功能。电感用在频率补偿技术中可以拓展放大器的带宽范围和提高放大器的增益平坦度，基于电感的并联峰化技术可以提高低噪声放大器、功率放大器和混频器的增益。此外，电感还广泛应用在滤波器、振荡器中。可以说，射频集成电路都离不开电感元件。
[0003]在射频集成电路中一般使用螺旋电感，螺旋电感在线性度、噪声性能以及功耗方面都比较理想，但是螺旋电感占用的芯片面积大，电感值不可调，螺旋电感的电感值与几何尺寸密切相关，要想增大电感值以及提高品质因子Q值，则需要更大的芯片面积，难于集成。因此，要获得具有较大电感值的螺旋电感，难度和成本增大。有源电感是通过晶体管和电阻、电容等元件合成电感，它最大的特点是占用芯片面积小、品质因子Q值高，并且等效电感值和品质因子Q值可调。因此，有源电感逐渐成为了射频集成电路的研究热点。但是，对于有源电感，想要获得较大电感值，会增加电路的功耗。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种电感，该电感的电感值较大且可调、小面积、
[0005]品质因子闻、低功耗。
[0006]本发明采用如下技术方案:
[0007]一种螺旋电感与晶体管合成的电感，包括:第一双极型晶体管(Q1)，第二双极型晶体管(Q2)，螺旋电感(Lf)，第一 MOS管(M1)，第二 MOS管(M2)，其中，第一双极型晶体管(Ql)的基极同时连接第一 MOS管(Ml)的漏极以及螺旋电感(Lf)的第一端，第一双极型晶体管(Ql)的集电极同时连接第二双极型晶体管(Q2)的基极以及第二 MOS管(M2)的源极，第二双极型晶体管(Q2)的发射极连接螺旋电感(Lf)的第二端；第一 MOS管(Ml)的栅极与第二 MOS管(M2)的栅极分别连接第一可调电压源与第二可调电压源；第二双极型晶体管(Q2)的集电极与第二 MOS管(M2)的漏极均连接3.3伏供电电压；第一 MOS管(Ml)的源极与第一双极型晶体管(Ql)的发射极均连接公共接地端，并且其中，第一双极型晶体管(Ql)的基极是所述电感的第一端，公共接地端是所述电感的第二端。
[0008]所述第一双极型晶体管(Ql)以及所述第二双极型晶体管(Q2)是锗硅异质结晶体管。
[0009]所述螺旋电感(Lf)是硅基螺旋电感。
[0010]所述第一可调电压源的电压调节范围为O?3伏，所述第二可调电压源的电压调节范围为O?3伏。
[0011]与现有技术相比，本发明具有以下优点:
[0012]本发明创新地将螺旋电感与晶体管合成电感(有源电感)结合起来，实现了具有较大电感值的电感，并且占用面积较小，电感值可调节，品质因子高，功耗低。
[0013]本发明结合互补金属氧化物半导体(CMOS)与异质结双极晶体管(HBT)的优点，采用高线性度、低噪声、低功耗的硅锗双极互补金属氧化物半导体(SiGe BiCMOS)技术。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是本发明电感的电路拓扑图；
[0015]图2是本发明的电感结构框图；
[0016]图3是本发明所采用的有源电感的电路图及等效电路图；
[0017]图4是本发明电感的电感值与频率的关系图；
[0018]图5是本发明电感的品质因子Q值与频率的关系图。
【具体实施方式】
[0019]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附
[0020]图，对本发明作进一步详细说明。
[0021]如图1所示，该电感包括:第一双极型晶体管(Q1)，第二双极型晶体管(Q2)，螺旋电感(Lf )，第一 MOS管(Ml )，第二 MOS管(M2)，其中，第一双极型晶体管(Ql)的基极同时连接第一 MOS管(Ml)的漏极以及螺旋电感(Lf)的第一端，第一双极型晶体管(Ql)的集电极同时连接第二双极型晶体管(Q2)的基极以及第二MOS管(M2)的源极，第二双极型晶体管(Q2)的发射极连接螺旋电感(1^)的第二端；第一 MOS管(Ml)的栅极与第二 MOS管(M2)的栅极分别连接第一可调电压源与第二可调电压源；第二双极型晶体管(Q2)的集电极与第二 MOS管(M2)的漏极均连接3.3伏供电电压；第一 MOS管(Ml)的源极与第一双极型晶体管(Ql)的发射极均连接公共接地端，并且其中，第一双极型晶体管(Ql)的基极是所述电感的第一端，公共接地端是所述电感的第二端。
[0022]所述第一双极型晶体管(Ql)以及所述第二双极型晶体管(Q2)是锗硅异质结晶体管。
[0023]所述螺旋电感(Lf)是硅基螺旋电感。
[0024]所述第一可调电压源的电压调节范围为O~3伏，所述第二可调电压源的电压调节范围为O~3伏。
[0025]上述根据图1所述的各晶体管、螺旋电感构成了本发明的电感的两个部分:螺旋电感，有源电感。下面参照图2所示，分别描述这两个部分的工作原理以及构成每个部分的元件。A是本发明电感的第一端，B是电感的第二端，B端接地。
[0026]螺旋电感是硅基螺旋电感，即在硅衬底的氧化层之上加工金属导体形成的微型电感器。螺旋电感的电感值与它的尺寸之间的关系粗略估计为:
[0027]L^l.2 X IO^Vr (I)
[0028]其中，L的单位为亨利，η是匝数；r是螺旋的半径，单位为米。
[0029]螺旋电感近似设计电感值与匝数的关系:
Di^
[0030]η ?[-r]I/3(2)
丨.2 xl()l J、f
[0031]P是绕组的节距，单位为米/匝，设螺旋节距P为5微米/匝，根据表达式(I)与(2):
[0032]考虑一个1.5纳亨的螺旋电感，要求的匝数大约为6，螺旋电感半径为34微米；考虑一个70纳亨的螺旋电感，要求的匝数大约为23，螺旋电感半径为110微米。可以看出，电感值越大，螺旋电感的几何尺寸更大，由于螺旋电感占了芯片的大部分面积，芯片的小型化受到了限制。
[0033]本发明中采用的有源电感电路图如图3a所示，有源电感是晶体管合成电感，即由第一双极型晶体管(Ql)，第二双极型晶体管(Q2)，第一MOS管(Ml)，以及第二MOS管(M2)合成的电感，等效输入阻抗呈电感特性，其等效电路如图3b所示，其中，
[0034]
【权利要求】
1.一种可小型化设计的电感，其特征在于，该电感包括:第一双极型晶体管(Q1)，第二双极型晶体管(Q2)，螺旋电感(Lf)，第一 MOS管(Ml)，第二 MOS管(M2)，其中，第一双极型晶体管(Ql)的基极同时连接第一 MOS管(Ml)的漏极以及螺旋电感(Lf)的第一端，第一双极型晶体管(Ql)的集电极同时连接第二双极型晶体管(Q2)的基极以及第二 MOS管(M2)的源极，第二双极型晶体管(Q2)的发射极连接螺旋电感(Lf)的第二端；第一 MOS管(Ml)的栅极与第二 MOS管(M2)的栅极分别连接第一可调电压源与第二可调电压源；第二双极型晶体管(Q2)的集电极与第二 MOS管(M2)的漏极均连接3.3伏供电电压；第一 MOS管(Ml)的源极与第一双极型晶体管(Ql)的发射极均连接公共接地端，并且其中，第一双极型晶体管(Ql)的基极是所述电感的第一端，公共接地端是所述电感的第二端。
2.如权利要求1所述的可小型化设计的 电感，其特征在于，所述第一双极型晶体管(Ql)以及所述第二双极型晶体管(Q2)是锗硅异质结晶体管。
3.如权利要求2所述的可小型化设计的电感，其特征在于，所述螺旋电感(Lf)是硅基螺旋电感。
4.如权利要求3所述的可小型化设计的电感，其特征在于所述第一可调电压源的电压调节范围为O~3伏，所述第二可调电压源的电压调节范围为O~3伏。
【文档编号】H03H11/04GK103905012SQ201410117449
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年3月27日 优先权日:2014年3月27日
【发明者】赵彦晓, 张万荣, 谢红云, 高栋, 赵飞义 申请人:北京工业大学