基于SiGe HBT的射頻有源電感的設(shè)計(jì)

　　負(fù)電感由符號(hào)相同的跨導(dǎo)放大器級(jí)聯(lián)反饋構(gòu)成。即分別由共射放大器與共射放大器(CE - CE)級(jí)聯(lián)反饋構(gòu)成以及由共基放大器與共集放大器(CB- CC)級(jí)聯(lián)反饋構(gòu)成的有源電感，如圖3所示。

圖3　負(fù)有源電感電路結(jié)構(gòu)

　　若用gm1、gm2分別表示上圖中晶體管Q1 與Q2的跨導(dǎo)， Cbe1、Cbe2分別表示其基極與發(fā)射極之間的電容。根據(jù)二端口網(wǎng)絡(luò)的策動(dòng)點(diǎn)導(dǎo)納， 即網(wǎng)絡(luò)的輸入導(dǎo)納:

　　由電路分析可得，四種有源電感電路的輸入導(dǎo)納分別表示如下:

　　共基放大器與共射放大器級(jí)聯(lián)反饋構(gòu)成的有源電感的輸入導(dǎo)納:

　　共射放大器與共集放大器級(jí)聯(lián)反饋構(gòu)成的有源電感的輸入導(dǎo)納:

　　共射放大器與共射放大器級(jí)聯(lián)反饋構(gòu)成的有源電感的輸入導(dǎo)納:

　　共基放大器與共集放大器級(jí)聯(lián)反饋構(gòu)成的有源電感的輸入導(dǎo)納:

　　從上述公式(3) - (6)看出，正電感的等效輸入阻抗分別由一個(gè)電容，和一個(gè)電阻及一個(gè)電感相并聯(lián)構(gòu)成。負(fù)電感的輸入阻抗相對(duì)于正電感，缺少一個(gè)并聯(lián)電阻。即理論上，負(fù)電感是無損耗的有源電感。其中，CE2CC正有源電感的電感值隨著頻率的增加而增加。

　　CB2CC負(fù)有源電感的電感值的大小隨著頻率的增加而減小。在同樣的偏置條件下， CE2CC有源電感的電感值較其他三種有源電感的電感值最大。此外，并聯(lián)電阻與晶體管Q1 的跨導(dǎo)gm1有關(guān)，故增大跨導(dǎo)gm1 ，有利于減小有源電感的損耗，但是，同時(shí)降低了有源電感的電感值。因此，設(shè)計(jì)性能優(yōu)良的有源電感，跨導(dǎo)gm1需要折中考慮。若減小晶體管Q2 的跨導(dǎo)gm2 ，電感值L隨之增大，但并不影響并聯(lián)電阻值的大小，從而增加有源電感的品質(zhì)因數(shù)。此外，自諧振頻率與輸入阻抗中的并聯(lián)電容有關(guān)，即晶體管內(nèi)部的基極與發(fā)射極之間的電容Cbe有關(guān)，若輸出端口外接大小不同的電容值C，則可以控制有源電感自諧振頻率，進(jìn)而改變有源電感的工作頻率范圍。

　　2　電路設(shè)計(jì)方法及仿真

　　2. 1　仿真設(shè)計(jì)

　　采用捷智Jazz 0. 35μm SiGe BiCMOS工藝，利用射頻仿真軟件ADS (Advanced Design SySTem) ，對(duì)所設(shè)計(jì)的有源電感的電路進(jìn)行仿真驗(yàn)證。首先，為SiGe HBT(異質(zhì)結(jié)雙極性晶體管)選取相同的合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，設(shè)置基極偏置電流為20μA，集電極偏置電流為3 mA，器件的截止頻率為55 GHz。