專利名稱：采用有源電感的多模多頻射頻有源集成濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于集成電路技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種采用有源電感的有源集成 濾波器電路。
背景技術(shù)：
隨著無線通信技術(shù)、微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，無線通信市場(chǎng)迅速擴(kuò)大，
據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球使用mobile的用戶不僅在2003年就已超過十三億，而且，當(dāng) 年全球移動(dòng)業(yè)務(wù)市場(chǎng)值己達(dá)到4680億歐元。在移動(dòng)用戶群體不斷地增加，市 場(chǎng)空間不斷地?cái)U(kuò)大的趨勢(shì)下，無線設(shè)備開發(fā)商、運(yùn)營商一直不斷地推出越來 越多的無線終端產(chǎn)品和服務(wù)，使人們的生活發(fā)生了巨大的變化。如今，人們 可以足不出戶，利用無線終端不僅使通信變得簡(jiǎn)單而又快捷，而且獲取信息 的能力也大大增強(qiáng)，而這些無線終端的應(yīng)用不僅包括無繩電話、射頻認(rèn)證 (RFID)、數(shù)字蜂窩移動(dòng)手機(jī)(GSM、 CDMA、 WCDMA、 PHS， etc.)，而且還 包括無線局域網(wǎng)(WLAN)、 Bluetooth和全球定位系統(tǒng)(GPS)等等。與此同時(shí)， 人們?cè)诶脽o線終端享受生活的時(shí)候，也對(duì)無線終端的性能提出了更高的要 求，其中低成本、低功耗、集成化、多頻段(多模式)的射頻通信終端諸如手 機(jī)、掌上電腦等得到了越來越多移動(dòng)用戶的青睞，其目的就是為了使一套無 線收發(fā)系統(tǒng)可以兼容多種無線協(xié)議，方便適用，節(jié)約成本。因此，研制完全 集成多頻段/多模式的RF(Radio Frequency)收發(fā)電路系統(tǒng)已成為當(dāng)代熱門話 題之一。
在設(shè)計(jì)適用于多模、多頻的無線集成收發(fā)器電路時(shí)，不可避免地需要多 種不同特點(diǎn)的射頻濾波電路。由于濾波器的中心頻率較高、插入損耗較小， 往往需要采用分立器件(如聲表面波器件等)在片外集成，在射頻電路和數(shù)字 電路日益集成化的今天，集成度直接影響著最終電子產(chǎn)品的制造成本、尺寸 和重量。所以研究出一種低成本、低插入損耗、高Q值、中心頻率可調(diào)諧、 全集成的射頻有源濾波器具有重要的學(xué)術(shù)意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
目前，現(xiàn)有的射頻集成濾波器大多基于片上電感模型或微帶線理論，品 質(zhì)因數(shù)較低、插入損耗較大，還不能滿足無線收發(fā)器的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決適用于多模、多頻的無線集成收發(fā)器需選用多種分立器 件在片外集成為射頻濾波器，但由于射頻濾波器數(shù)量多和集成度低從而帶來 了制造成本高、尺寸大和重量重的問題，以及現(xiàn)有射頻集成濾波器品質(zhì)因數(shù) 較低、插入損耗較大，不能滿足無線收發(fā)器的需要的缺點(diǎn)，而提出了一種采 用有源電感的多模多頻射頻有源集成濾波器。
本發(fā)明分別由連接方式相同結(jié)構(gòu)相對(duì)稱的兩個(gè)有源電感、兩個(gè)負(fù)阻電路、
兩個(gè)負(fù)阻調(diào)諧MOS管、兩個(gè)偏置調(diào)諧電路和兩個(gè)共漏極放大器電路和兩個(gè) 電容組成；第一負(fù)阻由第H^— PMOS管Tll和第十三PMOS管T13組成； 第二負(fù)阻由第十二 PMOS管T12和第十四PMOS管T14組成；第一偏置調(diào) 諧電路由第一偏置電流源負(fù)載NMOS管T7和第二偏置電流源負(fù)載PMOS管 T8組成；第一有源電感由第一 NMOS管Tl、第二 PMOS管T2和第三PMOS 管T3組成;第一 NMOS管Tl的柵極與直流偏置電平Vb相連接;第一 NMOS 管Tl的源極與第一偏置電流源負(fù)載NMOS管T7的漏極、第三PMOS管T3 的漏極和第一電容Cl的一端相連接；第一電容Cl的另一端為第一輸入端 IN1;第一偏置電流源負(fù)載NMOS管T7的柵極接直流偏置電平Vcl，第一偏 置電流源負(fù)載NMOS管T7的源極接地；第一NMOS管Tl的漏極與第二偏 置電流源負(fù)載PMOS管T8的漏極、第二 PMOS管T2的柵極、第一負(fù)阻的 第十一 PMOS管Tll的漏極、第一負(fù)阻的第十三PMOS管T13的漏極、第 二負(fù)阻的第十二 PMOS管T12的柵極、第二負(fù)阻的第十四PMOS管T14的 柵極和第一共漏極放大器電路的輸入端相連接，第一共漏極放大器電路的輸 出端為第一輸出端Outl;第一負(fù)阻的第十三PMOS管T13的源極和第二負(fù) 阻的第十四PMOS管T14的源極連接第一負(fù)阻調(diào)諧MOS管T19的漏極，第 一負(fù)阻調(diào)諧MOS管T19的柵極接負(fù)阻調(diào)諧電壓Vc3，第一負(fù)阻調(diào)諧MOS管 T19的源極接高電平；第一負(fù)阻的第十一 PMOS管Tll的源極和第二負(fù)阻的 第十二 PMOS管T12的源極連接第二負(fù)阻調(diào)諧MOS管T20的漏極，第二負(fù) 阻調(diào)諧MOS管T20的柵極接負(fù)阻調(diào)諧電壓Vc4，第二負(fù)阻調(diào)諧MOS管T20 的源極接高電平；第二偏置電流源負(fù)載PMOS管T8的柵極接直流偏置電平 Vc2，第二偏置電流源負(fù)載PMOS管T8的源極接高電平；第二PMOS管T2的漏極與第三PMOS管T3的源極相連接，第三PMOS管T3的柵極接地， 第二 PMOS管T2的源極接高電平；第二偏置調(diào)諧電路由第三偏置電流源負(fù) 載NMOS管T9和第四偏置電流源負(fù)載PMOS管T10組成；第二有源電感由 第四NMOS管T4、第五PMOS管T5和第六PMOS管T6組成；第二有源電 感、第一負(fù)阻、第二負(fù)阻、第二偏置調(diào)諧電路、第二共漏極放大器電路和第 二電容C2與第一有源電感、第一負(fù)阻、第二負(fù)阻、第一偏置調(diào)諧電路、第 一共漏極放大器電路和第一電容的Cl連接方式相同結(jié)構(gòu)相對(duì)稱。
本發(fā)明的目的在于提出一種能夠滿足多模、多頻射頻收發(fā)器對(duì)高Q值、 低插入損耗、低成本的需求，同時(shí)能極大地節(jié)約芯片面積的射頻有源集成濾 波器電路。其中，兩個(gè)有源電感由第一NMOS管Tl、第二PMOS管T2、第 三PM0S管T3、第四NM0S管T4、第五PMOS管T5和第六PMOS管T6
組成兩個(gè)回轉(zhuǎn)器構(gòu)成(如圖1中的第一有源電感和第二有源電感所示)，有源 電感受其可調(diào)諧直流偏置電平Vb、 Vcl、 Vc2控制。通過調(diào)整其可調(diào)諧電平，
來實(shí)現(xiàn)射頻有源濾波器中心頻率的調(diào)諧。本發(fā)明所提出的電路簡(jiǎn)潔方便，節(jié) 約芯片面積。


圖1為本發(fā)明的采用有源電感的多模多頻射頻有源集成濾波器的結(jié)構(gòu)示 意圖。
具體實(shí)施例方式
具體實(shí)施方式
一結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所提出的濾波 器電路是一種全差分電路結(jié)構(gòu)，本實(shí)施方式由分別對(duì)稱的兩個(gè)有源電感、兩
個(gè)負(fù)阻電路、兩個(gè)負(fù)阻調(diào)諧MOS管、兩個(gè)偏置調(diào)諧電路和兩個(gè)共漏極放大
器電路和兩個(gè)電容組成；
第一負(fù)阻31由第i"^一 PMOS管Tll和第十三PMOS管T13組成； 第二負(fù)阻32由第十二 PMOS管T12和第十四PMOS管T14組成； 第一偏置調(diào)諧電路由第一偏置電流源負(fù)載NMOS管T7和第二偏置電流
源負(fù)載PMOS管T8組成；
第一有源電感l(wèi)l由第一NM0S管T1、第二PMOS管T2和第三PMOS
管T3組成；第一 NMOS管Tl的柵極與直流偏置電平Vb相連接；第一 NMOS管Tl 的源極與第一偏置電流源負(fù)載NMOS管T7的漏極、第三PMOS管T3的漏 極和第一電容C1的一端相連接；第一電容C1的另一端為第一輸入端IN1; 第一偏置電流源負(fù)載NMOS管T7的柵極接直流偏置電平Vcl，第一偏置電 流源負(fù)載NMOS管T7的源極接地；第一 NMOS管Tl的漏極與第二偏置電 流源負(fù)載PMOS管T8的漏極、第二 PMOS管T2的柵極、第一負(fù)阻31的第 H^— PMOS管Tll的漏極、第一負(fù)阻31的第十三PMOS管T13的漏極、第 二負(fù)阻32的第十二 PMOS管T12的柵極、第二負(fù)阻32的第十四PMOS管 T14的柵極和第一共漏極放大器電路41的輸入端相連接，第一共漏極放大器 電路41的輸出端為第一輸出端Outl;第一負(fù)阻的第十三PMOS管T13的源 極和第二負(fù)阻的第十四PMOS管T14的源極連接第一負(fù)阻調(diào)諧MOS管T19 的漏極，第一負(fù)阻調(diào)諧MOS管T19的柵極接負(fù)阻調(diào)諧電壓Vc3，第一負(fù)阻 調(diào)諧MOS管T19的源極接高電平；第一負(fù)阻的第十一 PMOS管Tll的源極 和第二負(fù)阻的第十二 PMOS管T12的源極連接第二負(fù)阻調(diào)諧MOS管T20的 漏極，第二負(fù)阻調(diào)諧MOS管T20的柵極接負(fù)阻調(diào)諧電壓Vc4，第二負(fù)阻調(diào) 諧MOS管T20的源極接高電平；第二偏置電流源負(fù)載PMOS管T8的柵極 接直流偏置電平Vc2，第二偏置電流源負(fù)載PMOS管T8的源極接高電平； 第二 PMOS管T2的漏極與第三PMOS管T3的源極相連接，第三PMOS管 T3的柵極接地，第二 PMOS管T2的源極接高電平；所述的第一有源電感11 中第一 NMOS管Tl為放大管，第二 PMOS管T2和第三PMOS管T3為反 饋放大管；有源電感為回轉(zhuǎn)器接法結(jié)構(gòu)；
第二偏置調(diào)諧電路由第三偏置電流源負(fù)載NMOS管T9和第四偏置電流 源負(fù)載PMOS管T10組成；
第二有源電感12由第四NMOS管T4、第五PMOS管T5和第六PMOS 管T6組成；
第四NMOS管T4的柵極與直流偏置電平Vb相連接；第四NMOS管T4 的源極與第三偏置電流源負(fù)載NMOS管T9的漏極、第六PMOS管T6的漏 極和第二電容C2的一端相連接；第二電容C2的另一端為第二輸入端IN2; 第三偏置電流源負(fù)載NMOS管T9的柵極接直流偏置電平Vcl，第三偏置電流源負(fù)載NMOS管T9的源極接地；第四NMOS管T4的漏極與第四偏置電 流源負(fù)載PMOS管T10的漏極、第五PMOS管T5的柵極、第一負(fù)阻31的 第十一PMOS管Tll的柵極、第一負(fù)阻31的第十三PMOS管T13的柵極、 第二負(fù)阻32的第十二 PMOS管T12的漏極、第二負(fù)阻32的第十四PMOS 管T14的漏極和第二共漏極放大器電路42的輸入端相連接，第二共漏極放 大器電路42的輸出端為第二輸出端Out2;第四偏置電流源負(fù)載PMOS管T10 的柵極接直流偏置電平Vc2，第四偏置電流源負(fù)載PMOS管T10的源極接高 電平;第五PMOS管T5的漏極與第六PMOS管T6的源極相連接，第六PMOS 管T6的柵極接地，第五PMOS管T5的源極接高電平；所述的第二有源電感 12中第四NMOS管T4為放大管，第五PMOS管T5和第六PMOS管T6為 反饋放大管；有源電感為回轉(zhuǎn)器接法結(jié)構(gòu)。
第一電容Cl和第二電容C2為MIM(Metal-Insulator-Metal)電容；
第一共漏極放大器電路41由第十五MOS管T15和第十六MOS管T16 組成；第十五MOS管T15的柵極為第一共漏極放大器41電路的輸入端，第 十五MOS管T15的源極接高電平，第十五MOS管T15的漏極與第十六MOS 管T16的漏極相連接為第一共漏極放大器電路41的輸出端，第十六MOS管 T16的源極接地，第十六MOS管T16的柵極接偏置電壓Vc，偏置電壓Vc 控制來調(diào)整濾波器的輸出幅值，構(gòu)成共漏極放大輸出結(jié)構(gòu)；
第二共漏極放大器電路42由第十七M(jìn)OS管T17和第十八MOS管T18 組成；第十七M(jìn)OS管T17的柵極為第二共漏極放大器電路42的輸入端，第 十七M(jìn)OS管T17的源極接高電平，第十七M(jìn)OS管T17的漏極與第十八MOS 管T18的漏極相連接為第二共漏極放大器電路42的輸出端，第十八MOS管 T18的源極接地，第十八MOS管T18的柵極接偏置電壓Vc，偏置電壓Vc 控制來調(diào)整濾波器的輸出幅值，構(gòu)成共漏極放大輸出結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明中，有源濾波器實(shí)質(zhì)是由有源電感實(shí)現(xiàn)的，以第一有源電感11 為例，設(shè)第一 NMOS管Tl前饋放大管的跨導(dǎo)為Gml，第一 NMOS管Tl的 柵源電容為Cgsl，第二PMOS管T2反饋管的跨導(dǎo)為Gm2，則從節(jié)點(diǎn)第一輸 入端IN1看進(jìn)去的等效傳遞阻抗函數(shù)為-
z =_g。c +g。i +<cgj2 +cgrf2 +cgdl)_式中，gm是第一 NMOS管T1 、第二 PMOS管T2的跨導(dǎo)，g。是第一 NMOS 管T1、第二PMOS管T2的溝道輸出導(dǎo)納，g。c是有源電感輸出端的導(dǎo)納(包 含偏置電流源的導(dǎo)納)，Cgd為第一NMOS管Tl、第二PMOS管T2的柵漏電 容。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，如果MOS管的輸出導(dǎo)納和電流源的輸出導(dǎo)納與其跨導(dǎo) 相比，滿足條件g?！秅。,， Csd Cg,，那么Z,a^^，電路的自諧振頻率和 品質(zhì)因數(shù)分別為
<formula>formula see original document page 9</formula>
式中，coml、①m2分別為第一NMOS管Tl、第二 PMOS管T2的單位增 益頻率。從以上分析可以看出，要確定濾波器的中心頻率，應(yīng)調(diào)整控制電壓 Vcl Vc4，使有源電感值改變，通過調(diào)整負(fù)阻的尾電流源Vc，使濾波器的品 質(zhì)因數(shù)發(fā)生變化，從而達(dá)到選頻的作用。
權(quán)利要求
1、采用有源電感的多模多頻射頻有源集成濾波器，其特征在于它分別由連接方式相同結(jié)構(gòu)相對(duì)稱的兩個(gè)有源電感、兩個(gè)負(fù)阻電路、兩個(gè)負(fù)阻調(diào)諧MOS管、兩個(gè)偏置調(diào)諧電路和兩個(gè)共漏極放大器電路和兩個(gè)電容組成；第一負(fù)阻(31)由第十一PMOS管T11和第十三PMOS管T13組成；第二負(fù)阻(32)由第十二PMOS管T12和第十四PMOS管T14組成；第一偏置調(diào)諧電路由第一偏置電流源負(fù)載NMOS管T7和第二偏置電流源負(fù)載PMOS管T8組成；第一有源電感(11)由第一NMOS管T1、第二PMOS管T2和第三PMOS管T3組成；第一NMOS管T1的柵極與直流偏置電平Vb相連接；第一NMOS管T1的源極與第一偏置電流源負(fù)載NMOS管T7的漏極、第三PMOS管T3的漏極和第一電容C1的一端相連接；第一電容C1的另一端為第一輸入端IN1；第一偏置電流源負(fù)載NMOS管T7的柵極接直流偏置電平Vc1，第一偏置電流源負(fù)載NMOS管T7的源極接地；第一NMOS管T1的漏極與第二偏置電流源負(fù)載PMOS管T8的漏極、第二PMOS管T2的柵極、第一負(fù)阻(31)的第十一PMOS管T11的漏極、第一負(fù)阻(31)的第十三PMOS管T13的漏極、第二負(fù)阻(32)的第十二PMOS管T12的柵極、第二負(fù)阻(32)的第十四PMOS管T14的柵極和第一共漏極放大器電路(41)的輸入端相連接，第一共漏極放大器電路(41)的輸出端為第一輸出端Out1；第一負(fù)阻的第十三PMOS管T13的源極和第二負(fù)阻的第十四PMOS管T14的源極連接第一負(fù)阻調(diào)諧MOS管T19的漏極，第一負(fù)阻調(diào)諧MOS管T19的柵極接負(fù)阻調(diào)諧電壓Vc3，第一負(fù)阻調(diào)諧MOS管T19的源極接高電平；第一負(fù)阻的第十一PMOS管T11的源極和第二負(fù)阻的第十二PMOS管T12的源極連接第二負(fù)阻調(diào)諧MOS管T20的漏極，第二負(fù)阻調(diào)諧MOS管T20的柵極接負(fù)阻調(diào)諧電壓Vc4，第二負(fù)阻調(diào)諧MOS管T20的源極接高電平；第二偏置電流源負(fù)載PMOS管T8的柵極接直流偏置電平Vc2，第二偏置電流源負(fù)載PMOS管T8的源極接高電平；第二PMOS管T2的漏極與第三PMOS管T3的源極相連接，第三PMOS管T3的柵極接地，第二PMOS管T2的源極接高電平；第二偏置調(diào)諧電路由第三偏置電流源負(fù)載NMOS管T9和第四偏置電流源負(fù)載PMOS管T10組成；第二有源電感(12)由第四NMOS管T4、第五PMOS管T5和第六PMOS管T6組成；第二有源電感(12)、第一負(fù)阻(31)、第二負(fù)阻(32)、第二偏置調(diào)諧電路、第二共漏極放大器電路(42)和第二電容C2與第一有源電感(11)、第一負(fù)阻(31)、第二負(fù)阻(32)、第一偏置調(diào)諧電路、第一共漏極放大器電路(41)和第一電容的C1連接方式相同結(jié)構(gòu)相對(duì)稱。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用有源電感的多模多頻射頻有源集成濾波器， 其特征在于第一共漏極放大器電路(41)由第十五MOS管T15和第十六MOS 管T16組成；第十五MOS管T15的柵極為第一共漏極放大器41電路的輸入 端，第十五MOS管T15的源極接高電平，第十五MOS管T15的漏極與第十 六MOS管T16的漏極相連接為第一共漏極放大器電路(41)的輸出端，第十六 M0S管T16的源極接地，第十六MOS管T16的柵極接偏置電壓Vc;第二共 漏極放大器電路(42)由第十七M(jìn)OS管T17和第十八MOS管T18組成；第二 共漏極放大器電路(42)與第一共漏極放大器電路(41)連接方式相同結(jié)構(gòu)相對(duì) 稱。
全文摘要
采用有源電感的多模多頻射頻有源集成濾波器，它涉及集成電路領(lǐng)域。它解決了適用于多模、多頻的無線集成收發(fā)器需選用多種分立器件在片外集成為射頻濾波器，但由于射頻濾波器數(shù)量多和集成度低從而帶來了制造成本高、尺寸大和重量重的問題，以及現(xiàn)有射頻集成濾波器品質(zhì)因數(shù)較低、插入損耗較大，不能滿足無線收發(fā)器的需要的缺點(diǎn)。它主要是由有源電感組成，其中兩個(gè)對(duì)稱的有源電感由第一NMOS管T1、第二PMOS管T2、第三PMOS管T3、第四NMOS管T4、第五PMOS管T5和第六PMOS管T6組成；有源電感受其兩個(gè)偏置調(diào)諧電路的可調(diào)諧電壓Vb、Vc1、Vc2控制。通過調(diào)整其可調(diào)諧電壓，來實(shí)現(xiàn)射頻有源濾波器中心頻率的調(diào)諧。本發(fā)明的電路簡(jiǎn)潔方便，節(jié)約芯片面積。
文檔編號(hào)H03H11/04GK101447777SQ20081020980
公開日2009年6月3日 申請(qǐng)日期2008年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月26日
發(fā)明者姚方方, 張永來, 樸貞真, 林之恒, 趙馨遠(yuǎn), 高志強(qiáng) 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)