基于SiGe HBT的射頻有源電感的設(shè)計(jì)

　　2. 2　仿真結(jié)果

　　圖4給出了這四種有源電感的參數(shù)S11隨頻率的變化曲線。曲線a、b、c、d分別代表共基放大器與共射放大器(CB2CE)級(jí)聯(lián)反饋構(gòu)成的有源電感、共射放大器與共集放大器(CE2CC)級(jí)聯(lián)反饋構(gòu)成的有源電感、共射放大器與共射放大器(CE2CE)級(jí)聯(lián)反饋構(gòu)成的有源電感以及共基放大器與共集放大器(CB2CC)級(jí)聯(lián)反饋構(gòu)成的有源電感。根據(jù)S參數(shù)與Z參數(shù)轉(zhuǎn)換關(guān)系，可以得到電路的等效輸入阻抗。

　　從Smith圓圖可以看出，各曲線所代表的每個(gè)有源電感在該頻率范圍內(nèi)，輸入端口呈現(xiàn)感性。但是曲線a、c、d所代表的有源電感的電阻損耗較大。這是由于晶體管的偏置電路中的電阻對(duì)于有源電感的輸入阻抗有極大的影響。此外，曲線c所代表的有源電感較其它電感工作頻率較低，其帶寬為300MHz～1 GHz。曲線b所表示的有源電感的損耗較低、性能良好，可以作為實(shí)際有源電感設(shè)計(jì)的優(yōu)先選擇。下面我們對(duì)它作進(jìn)一步的分析與討論。

圖4　反射系數(shù)S11曲線

　　圖5是CE2CC有源電感的等效電感值隨頻率的變化曲線。調(diào)節(jié)晶體管的偏置電壓Vcc ，將會(huì)改變晶體管的偏置電流的大小，從而改變晶體管的跨導(dǎo)值，實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧的有源電感，這是有源電感較無(wú)源電感的重要優(yōu)點(diǎn)。從圖中可以看出，當(dāng)偏置電壓Vcc從3. 15 V 降到2. 95 V 時(shí)， 電感值可調(diào)諧范圍為1. 268 nH - 1. 914 nH。

圖5　CE2CC有源電感的電感值隨頻率的變化曲線。

　　品質(zhì)因數(shù)Q是衡量電感性能的重要指標(biāo)之一。圖6給出CE2CC有源電感的品質(zhì)因數(shù)隨頻率的變化曲線。隨著頻率的增加，其Q 值也將增大; 當(dāng)輸入電抗小于零， 呈現(xiàn)電容特性后， 電感的Q 值將急劇下降。從圖可以看出，在頻率為12. 9 GHz下，電感Q值達(dá)到最大值75. 4。

圖6　CE2CC有源電感的Q值隨頻率的變化曲線。

　　3　結(jié)論

　　本文設(shè)計(jì)了四種結(jié)構(gòu)的射頻有源電感， 其中包括兩種正電感和兩種負(fù)電感。研究結(jié)果表明由晶體管構(gòu)成的有源電感的性能受晶體管的組態(tài)及偏置影響較大。四種電路結(jié)構(gòu)中，由共射放大器與共集放大器級(jí)聯(lián)反饋構(gòu)成的有源電感性能較好。采用回轉(zhuǎn)器原理實(shí)現(xiàn)的有源電感，電感值不隨面積減小而減小。改變晶體管的偏置電壓，有源電感具有可調(diào)諧性。這些工作對(duì)今后有源電感的設(shè)計(jì)和應(yīng)用具有積極的指導(dǎo)意義。