[发明专利]一种基于正反馈的悬浮差分有源电感

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于正反馈的悬浮差分有源电感，属于有源电感设计技术领域。

背景技术

滤波器是各种通信系统中必不可少的模块，例如射频收发机中的中频滤波器。图1(a)中给出了一种三阶基于电感电容梯形滤波器(LC Ladder Filter)的单端结构，其中无源电感L₂两端V₁和V₂可以是同相的，这时无源电感是悬浮单端连接方式。图1(b)给出了图1(a)对应的差分结构，主要是因为差分结构有利于改善线性度和抑制共模噪声。图1(b)虚线框描述了一种悬浮差分连接的无源电感L₂，其第一端口和第二端口之间悬浮连接，每个端口又是差分结构，第一端口正端和第一端口负端对应V_1p和V_1n，第二端口正端和第二端口负端对应V_2p和V_2n，这时无源电感是悬浮差分连接方式。

在硅基工艺上，无源电感通常是在硅基衬底上形成的金属螺旋电感。螺旋电感虽然结构简单，但是占用较大的芯片面积，受到硅基衬底损耗和导体损耗的影响使得螺旋电感的品质因数和自谐振频率都很低。而有源电感因为占用芯片面积小、高品质因数等特点更受青睐。有源电感的实现主要采用有源晶体管和无源元件模拟无源电感特性。目前，采用基于负反馈的阻抗变换器和电容组合起来实现有源电感。图2给出了一种已有的基于负反馈的悬浮差分有源电感，主要由基于负反馈的差分阻抗变换器(如图中虚线框内所示)和两个电容C_1p、C_1n组成。基于负反馈的差分阻抗变换器主要由四个跨导单元(G_m1、-G_m2、-G_m1和G_m2)组成，每个跨导单元都是Nauta差分跨导(Bram Nauta，“A CMOS Transconductance-CFilter Technique for Very High Frequencies”IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS，VOL.27，NO.2.FEBRUARY 1992)，如图3所示。图3中的正跨导由四个晶体管组成；负跨导用于提高直流增益；二极管连接的四个晶体管用于确定输出共模电压。即使仅考虑四个晶体管构成的正跨导，图2所示的基于负反馈的悬浮差分有源电感需要16个晶体管，加之其他考虑所需晶体管数目，通常基于负反馈的悬浮全差分有源电感需要十个以上晶体管，使得传统悬浮差分有源电感设计复杂，同时基于负反馈的悬浮差分有源电感的高低品质因数(Q)变化设计复杂。图2所示的基于负反馈的悬浮差分有源电感还存在电路内部噪声大和低线性特性的问题。

发明内容

本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种基于正反馈的悬浮差分有源电感，本发明采用电流复用技术，晶体管用量少，结构简单；电路内部噪声小和高线性特性；其高低品质因数(Q)变化设计简单。可用于替换悬浮差分无源电感，以用于电感替代法设计有源滤波器。

本发明所述的基于正反馈的悬浮差分有源电感，包括：

第一电容和第二电容，用于产生电感；

差分阻抗变换器，用于将第一电容和第二电容变换成基于正反馈的悬浮差分的有源电感；其特征在于：还包括：

正跨导稳定器，用于对上述差分阻抗变换器的负阻抗进行补偿；

负跨导抵消器，用于抵消有源电感的串联阻抗；

其中，第一电容和第二电容的正极端相连，第一电容和第二电容的负极端接地；差分阻抗变换器的两个输入端、负跨导抵消器的输出端分别与第一电容和第二电容的正极端相连；负跨导抵消器的输入端与电源相连；正跨导稳定器的输入端与差分阻抗变换器的两个输出端相连，正跨导稳定器的输出端接地；差分阻抗变换器的两个输出端作为基于正反馈的悬浮差分有源电感的的两个端口。

所述差分阻抗变换器，可由第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管和第四PMOS管组成；第一PMOS管的栅极与第二PMOS管的漏极相连，第一PMOS管的漏极与第二PMOS管的栅极相连；第三PMOS管的栅极与第四PMOS管的漏极相连，第三PMOS管的漏极与第四PMOS管的栅极相连；第一电容和第二电容，用于产生电感，第一电容的正极同时与上述第二PMOS管的源极和上述第四PMOS管的源极相连，第一电容的负极接地；第二电容的正极同时与上述第一PMOS管的源极和上述第三PMOS管的源极相连，第二电容的负极接地；