基于SiGe HBT的射頻有源電感的設計

　　負電感由符號相同的跨導放大器級聯(lián)反饋構成。即分別由共射放大器與共射放大器(CE - CE)級聯(lián)反饋構成以及由共基放大器與共集放大器(CB- CC)級聯(lián)反饋構成的有源電感，如圖3所示。

圖3　負有源電感電路結構

　　若用gm1、gm2分別表示上圖中晶體管Q1 與Q2的跨導， Cbe1、Cbe2分別表示其基極與發(fā)射極之間的電容。根據二端口網(wǎng)絡(luò )的策動(dòng)點(diǎn)導納， 即網(wǎng)絡(luò )的輸入導納:

　　由電路分析可得，四種有源電感電路的輸入導納分別表示如下:

　　共基放大器與共射放大器級聯(lián)反饋構成的有源電感的輸入導納:

　　共射放大器與共集放大器級聯(lián)反饋構成的有源電感的輸入導納:

　　共射放大器與共射放大器級聯(lián)反饋構成的有源電感的輸入導納:

　　共基放大器與共集放大器級聯(lián)反饋構成的有源電感的輸入導納:

　　從上述公式(3) - (6)看出，正電感的等效輸入阻抗分別由一個(gè)電容，和一個(gè)電阻及一個(gè)電感相并聯(lián)構成。負電感的輸入阻抗相對于正電感，缺少一個(gè)并聯(lián)電阻。即理論上，負電感是無(wú)損耗的有源電感。其中，CE2CC正有源電感的電感值隨著(zhù)頻率的增加而增加。

　　CB2CC負有源電感的電感值的大小隨著(zhù)頻率的增加而減小。在同樣的偏置條件下， CE2CC有源電感的電感值較其他三種有源電感的電感值最大。此外，并聯(lián)電阻與晶體管Q1 的跨導gm1有關(guān)，故增大跨導gm1 ，有利于減小有源電感的損耗，但是，同時(shí)降低了有源電感的電感值。因此，設計性能優(yōu)良的有源電感，跨導gm1需要折中考慮。若減小晶體管Q2 的跨導gm2 ，電感值L隨之增大，但并不影響并聯(lián)電阻值的大小，從而增加有源電感的品質(zhì)因數。此外，自諧振頻率與輸入阻抗中的并聯(lián)電容有關(guān)，即晶體管內部的基極與發(fā)射極之間的電容Cbe有關(guān)，若輸出端口外接大小不同的電容值C，則可以控制有源電感自諧振頻率，進(jìn)而改變有源電感的工作頻率范圍。

　　2　電路設計方法及仿真

　　2. 1　仿真設計

　　采用捷智Jazz 0. 35μm SiGe BiCMOS工藝，利用射頻仿真軟件ADS (Advanced Design SySTem) ，對所設計的有源電感的電路進(jìn)行仿真驗證。首先，為SiGe HBT(異質(zhì)結雙極性晶體管)選取相同的合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，設置基極偏置電流為20μA，集電極偏置電流為3 mA，器件的截止頻率為55 GHz。