基于SiGe HBT的射頻有源電感的設計

　　2. 2　仿真結果

　　圖4給出了這四種有源電感的參數S11隨頻率的變化曲線。曲線a、b、c、d分別代表共基放大器與共射放大器(CB2CE)級聯反饋構成的有源電感、共射放大器與共集放大器(CE2CC)級聯反饋構成的有源電感、共射放大器與共射放大器(CE2CE)級聯反饋構成的有源電感以及共基放大器與共集放大器(CB2CC)級聯反饋構成的有源電感。根據S參數與Z參數轉換關系，可以得到電路的等效輸入阻抗。

　　從Smith圓圖可以看出，各曲線所代表的每個有源電感在該頻率范圍內，輸入端口呈現感性。但是曲線a、c、d所代表的有源電感的電阻損耗較大。這是由于晶體管的偏置電路中的電阻對于有源電感的輸入阻抗有極大的影響。此外，曲線c所代表的有源電感較其它電感工作頻率較低，其帶寬為300MHz～1 GHz。曲線b所表示的有源電感的損耗較低、性能良好，可以作為實際有源電感設計的優先選擇。下面我們對它作進一步的分析與討論。

圖4　反射系數S11曲線

　　圖5是CE2CC有源電感的等效電感值隨頻率的變化曲線。調節晶體管的偏置電壓Vcc ，將會改變晶體管的偏置電流的大小，從而改變晶體管的跨導值，實現可調諧的有源電感，這是有源電感較無源電感的重要優點。從圖中可以看出，當偏置電壓Vcc從3. 15 V 降到2. 95 V 時， 電感值可調諧范圍為1. 268 nH - 1. 914 nH。

圖5　CE2CC有源電感的電感值隨頻率的變化曲線。

　　品質因數Q是衡量電感性能的重要指標之一。圖6給出CE2CC有源電感的品質因數隨頻率的變化曲線。隨著頻率的增加，其Q 值也將增大; 當輸入電抗小于零， 呈現電容特性后， 電感的Q 值將急劇下降。從圖可以看出，在頻率為12. 9 GHz下，電感Q值達到最大值75. 4。

圖6　CE2CC有源電感的Q值隨頻率的變化曲線。

　　3　結論

　　本文設計了四種結構的射頻有源電感， 其中包括兩種正電感和兩種負電感。研究結果表明由晶體管構成的有源電感的性能受晶體管的組態及偏置影響較大。四種電路結構中，由共射放大器與共集放大器級聯反饋構成的有源電感性能較好。采用回轉器原理實現的有源電感，電感值不隨面積減小而減小。改變晶體管的偏置電壓，有源電感具有可調諧性。這些工作對今后有源電感的設計和應用具有積極的指導意義。