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

隨著集成電路技術的發展，低壓低功耗設計技術成為普遍關注的焦點，然而，低電壓給模擬集成電路設計帶來了諸多的挑戰。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，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，人們不斷改進電路結構，從電流傳輸器的動態范圍、跟隨特性等方面進行完善，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)低電壓工作時輸入電壓的線性范圍，而采用CMOS工藝實現的電路原理圖。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類放大器組成。其中，第一級為一個簡單的反相放大器，執行反饋動作以減小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。