电流模集成电抗元件与频率变换电路的设计
摘要:为了拓宽电流模单元电路结构在低压低功耗射频集成电路中的应用,研究把第二代电流传输器用作电抗器件和频率变换电路。以第二代电流传输器为核心,辅助予外围电路,构造从输入到输出端口不同性质传输阻抗的有源电容倍增器和有源电感,并且基于第二代电流传输器组合结构差异的分析,设计了集成频率变换电路。从理论上,推出有源电容倍增器和有源电感结构的合理性。仿真集成频率变换电路,结果表明对40 MHz以下正弦波倍频功能正确,且以100 kHz正弦波为调制信号和以10 MHz的正弦波为载波获得了双边带调幅信号。这为射频集成电路设计提供了新的思路。
关键词:第二代电流传输器;有源电容倍增器;有源电感;振幅调制器
随着集成电路技术的发展,低压低功耗设计技术成为普遍关注的焦点,然而,低电压给模拟集成电路设计带来了诸多的挑战。为了解决输入端阈值电压的影响和输出信号的电压幅度问题,人们提出了以电流模电路取代电压模电路的设计策略,并取得了良好的效果。其中,电流传输器就是电流模电路结构的代表之一。
第一代电流传输器通常用从X输入端到Y输入端的反馈获得IY=IX,它具有减小X端输入电阻的作用,当VY=0时,该输入电阻非常小,可以作为输入级用于接口芯片和高速传输系统中。后来,人们不断改进电路结构,从电流传输器的动态范围、跟随特性等方面进行完善,以形成第二代电流传输器。
本文首先把第二代电流传输器(CCTT)应用于电抗器件的设计,以小的容抗实现大容抗等效,从而避免了集成模拟电路设计中大电容的使用以节省芯片面积;以容抗实现感抗等效变换,避免了制作片上螺旋电感复杂的工艺步骤。另外,将第二代电流传输器应用于频率变换电路,大大提高模拟芯片的设计效率。
1 第二代电流传输器结构
图1是为了改善(CCII)低电压工作时输入电压的线性范围,而采用CMOS工艺实现的电路原理图。输入级完成X端和Y端之间的跟随。为了有利于低功耗工作,输出级由两级AB类放大器组成。其中,第一级为一个简单的反相放大器,执行反馈动作以减小X端的输入电阻;第二级完成由X端到1端的电流传输。利用附加的电流镜把电流反相并传输到2端,其图形符号如图2所示。
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