電流模集成電抗元件與頻率變換電路的設計

摘要：為了拓寬電流模單元電路結構在低壓低功耗射頻集成電路中的應用，研究把第二代電流傳輸器用作電抗器件和頻率變換電路。以第二代電流傳輸器為核心，輔助予外圍電路，構造從輸入到輸出端口不同性質(zhì)傳輸阻抗的有源電容倍增器和有源電感，并且基于第二代電流傳輸器組合結構差異的分析，設計了集成頻率變換電路。從理論上，推出有源電容倍增器和有源電感結構的合理性。仿真集成頻率變換電路，結果表明對40 MHz以下正弦波倍頻功能正確，且以100 kHz正弦波為調制信號和以10 MHz的正弦波為載波獲得了雙邊帶調幅信號。這為射頻集成電路設計提供了新的思路。
關(guān)鍵詞：第二代電流傳輸器；有源電容倍增器；有源電感；振幅調制器

隨著(zhù)集成電路技術(shù)的發(fā)展，低壓低功耗設計技術(shù)成為普遍關(guān)注的焦點(diǎn)，然而，低電壓給模擬集成電路設計帶來(lái)了諸多的挑戰。為了解決輸入端閾值電壓的影響和輸出信號的電壓幅度問(wèn)題，人們提出了以電流模電路取代電壓模電路的設計策略，并取得了良好的效果。其中，電流傳輸器就是電流模電路結構的代表之一。
第一代電流傳輸器通常用從X輸入端到Y輸入端的反饋獲得IY=IX，它具有減小X端輸入電阻的作用，當VY=0時(shí)，該輸入電阻非常小，可以作為輸入級用于接口芯片和高速傳輸系統中。后來(lái)，人們不斷改進(jìn)電路結構，從電流傳輸器的動(dòng)態(tài)范圍、跟隨特性等方面進(jìn)行完善，以形成第二代電流傳輸器。
本文首先把第二代電流傳輸器(CCTT)應用于電抗器件的設計，以小的容抗實(shí)現大容抗等效，從而避免了集成模擬電路設計中大電容的使用以節省芯片面積；以容抗實(shí)現感抗等效變換，避免了制作片上螺旋電感復雜的工藝步驟。另外，將第二代電流傳輸器應用于頻率變換電路，大大提高模擬芯片的設計效率。

1 第二代電流傳輸器結構
圖1是為了改善(CCII)低電壓工作時(shí)輸入電壓的線(xiàn)性范圍，而采用CMOS工藝實(shí)現的電路原理圖。輸入級完成X端和Y端之間的跟隨。為了有利于低功耗工作，輸出級由兩級AB類(lèi)放大器組成。其中，第一級為一個(gè)簡(jiǎn)單的反相放大器，執行反饋動(dòng)作以減小X端的輸入電阻；第二級完成由X端到1端的電流傳輸。利用附加的電流鏡把電流反相并傳輸到2端，其圖形符號如圖2所示。