電感在射頻單片集成電路中具有重要作用，主要具備阻抗轉換、諧振、反饋、濾波等功能。隨著無線通信技術的迅速發(fā)展，電子產品越來越向高速化、微型化，便攜化方向發(fā)展。由于無源電感占據了射頻集成電路大部分的芯片面積，所以如何減小片上無源電感的面積成為現在人們亟待解決的難題。研究得比較多的集成電感的主要是金屬互連線電感，但其具有占有芯片面積大、品質因數Q低等缺點。因此，采用占面積小的有源電感代替無源電感，是滿足射頻單片集成電路的途徑之一。

　　在低頻電路中，通常有源電感由跨導運算放大器、電阻以及電容來實現。但是由于運放在高頻下不具備較高的增益，因此，不適宜在高頻下應用。

　　在射頻電路中，必須采用其他的有源器件來構成有源電感。雖然可使用GaAs工藝來實現有源電感 ，但是由于其造價比較昂貴，不適合大規(guī)模的生產。SiGe技術具有與成熟的Si工藝兼容，芯片的成本具有較好的競爭力，已經漸漸成為設計射頻單片集成電路的主流。

　　本文采用兩個晶體管構成回轉器，利用晶體管內部本征電容合成電感。設計了采用不同組態(tài)的四種有源電感電路結構，并就其中一個性能較好的電路做了詳細的討論。最后采用Jazz 0. 35 μm SiGeBiCMOS工藝，用射頻仿真軟件ADS進行了驗證。

　　本設計與無源電感相比能極大地減少芯片面積、節(jié)約成本，對于射頻集成電路具有很高的應用價值。

　　1　設計理論及方法

　　1. 1　有源電感實現的基本原理

　　有源電感的電路結構有多種形式，其廣泛應用的基本結構是:采用回轉器和電容組成?；剞D器具有將一個端口上的電壓回轉為另一個端口上的電流的性質。利用這種性質，晶體管的寄生電容或外接電容可以轉換為電感?；剞D器端口接電容構成的有源電感，其中由一個正的跨導放大器與一個負的跨導放大器在輸出端口接一個負載電容可以構成正阻抗有源電感。同理，由兩個正的跨導放大器或兩個負的跨導放大器在輸出端口接一個負載電容可以構成負阻抗有源電感。若兩個跨導放大器的跨導值分別用gm1與gm2表示，電容值的大小為C，則其電感值L 大小可以表示如下:

　　1. 2　基于S iGe HB T 有源電感的設計

　　將雙極型晶體管看作三端口器件，在進行級聯時，共有三種基本組態(tài):共發(fā)射極、共基極和共集電極組態(tài)。每種組態(tài)的連接方式分別有兩種:輸入、輸出。故單獨的雙極型晶體管共有3 ×2 = 6種連接方式。不同的連接方式具有不同的導納參數。為了化簡方便，假設每個晶體管的高頻小信號等效模型[13 ]僅由基極與發(fā)射極電容Cbe以及集電極與發(fā)射極之間的跨導gm 構成。將晶體管的基極與發(fā)射極之間的電容作為回轉器輸出端口的負載電容，則可以構成不同結構的有源電感。圖1為晶體管的6種交流通路。其相應的導納Y參數可以分成三種類型，分別用A類、B類、C類表示。每種組態(tài)的Y參數如表1所示。

表1　不同組態(tài)的晶體管Y參數

圖1　晶體管的不同電路組態(tài)

　　有源電感可以采用跨導放大器方便的實現。單獨的晶體管放大器構成一個跨導網絡。共射放大器實現負跨導網絡，共基放大器和共集放大器提供正跨導網絡，根據這三種跨導網絡的不同組合形式，得到不同結構的有源電感。有源電感由兩個晶體管通過級聯反饋構成，共有3 ×3 = 9種電路結構。其中，由于導納Y參數的對稱性，有3種電路結構相同，故實際不同的電路結構有6種。為了便于分析， 這里只介紹其中4種不同結構的電路。這4種電路結構形成的有源電感包括2種正電感和2種負電感。

　　正電感由兩個符號相反的跨導放大器級聯反饋構成，即共基放大器與共射放大器(CB2CE)級聯反饋構成的有源電感以及由共射放大器與共集放大器(CE2CC)級聯反饋構成的有源電感，其交流通路如圖2所示。

圖2　正有源電感電路結構