一款改进的电流复用结构有源电感
CSTR:
作者:
作者单位:

(北京工业大学信息学部微电子学院,北京 100124)

作者简介:

张辉(2000—),男(汉族),甘肃人,硕士研究生,研究方向为射频集成电路。张万荣(1964—),男(汉族),河北人,教授,博士生导师,研究方向为射频器件与射频集成电路。通信作者。

通讯作者:

中图分类号:

TN432;TM55

基金项目:

国家自然科学基金资助项目(61774012,61574010,61901010);北京市自然科学基金资助项目(4192014,4204092);中国博士后科学基金资助项目(2019M650404);北京市朝阳区博士后科研经费资助项目(2019ZZ-9)项目


An Improved Active Inductor Based on a Current-reuse Structure
Author:
Affiliation:

(College of Microelectronics,Faculty of Information Technology,Beijing University of Technology,Beijing 100124,P. R. China)

Fund Project:

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    摘要:

    对传统电流复用结构有源电感进行改进,提出了一款具有低功耗、低噪声和电感值相对于 Q值可独立调节的有源电感(LPLN-AI)。主要由带有电压调谐端的增益增强型共源(CS)-共栅(CG)组合晶体管负跨导器(NT)、CS正跨导器(PT)、噪声抑制支路以及有源反馈放大器构成。其中,NT和 PT以电流复用方式连接,既可实现电感特性、降低功耗,又可提高 Q值;进一步地,在 CG PT的栅端引入的噪声抑制支路减小了噪声;再者,有源反馈放大器嵌入到 PT与 NT之间的反馈路径中,进一步提高了 Q值并补偿因电感值的调谐导致的 Q值的变化。该 LPLN-AI的上述电路拓扑结构,使得它不但在同一频率下电感值可以相对 Q值独立调节,而且在不同工作频率下各个 Q峰值可以保持基本不变,同时也具有较低的功耗与噪声。基于 0. 18 μm CMOS工艺进行验证,结果表明:在 2. 75 GHz下,电感值可在 258 nH到 469 nH的范围内进行调谐,调谐率为 83. 7%,而 Q值仅变化 1. 4%;在 2.1 GHz、2.5 GHz和 3.2 GHz的不同频率下,Q峰值分别高达 327、329和 328,而变化率仅为 0. 3%;在 1 GHz和 2. 75 GHz下,噪声分别为 2.99 nV∕Hz和 1.74 nV∕ Hz;直流功耗为 0.96 mW。

    Abstract:

    To improve upon traditional active inductors based on current-reuse structures,a novel active inductor with low power consumption, low noise, and independently tunable inductance(L) and quality factor(Q) is proposed. The design primarily consists of a gain-enhanced common-source(CS)– common-gate(CG)composite negative transconductor(NT)with a voltage tuning terminal,a CG positive transconductor(PT),a noise suppression branch,and an active feedback amplifier. The NT and PT are connected in a current-reuse configuration,which enables inductive behavior while reducing power consumption and improving the Q factor. To further suppress noise, a noise suppression branch is introduced at the gate of the CG PT. Additionally,an active feedback amplifier with a voltage tuning terminal is added to the feedback path between the PT and NT to enhance the Q factor and compensate for variations in the Q peak caused by L tuning. This topology allows for independent tuning of the inductance value relative to the Q factor at a fixed frequency,while maintaining a nearly constant Q peak across different frequencies.The circuit also exhibits low power consumption and low noise. Fabricated using a 0. 18-μm CMOS process,the inductance can be tuned from 258–469 nH,representing a tuning range of 83. 7%,with only a 1. 4% variation in Q at a high frequency of 2. 75 GHz. At operating frequencies of 2. 1,2. 5,and 3.2 GHz,the Q peak values are 327,329, and 328,respectively,showing a variation of just 0. 3%. The noise is 2. 99 at 1 GHz and 1. 74 at 2. 75 GHz. The total power consumption is only 0. 96 mW.

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  • 收稿日期:2024-06-13
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  • 在线发布日期: 2025-08-22
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