CN201887729U - 一种应用于射频微波电路的负电容电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种应用于射频微波电路的负电容电路，旨在提供一种易于调节中心频率和带宽的负电容电路。它包括负电容转换结构和偏置电流源，负电容转换结构包括第一接点和第二接点，负电容转换结构连接偏置电流源，偏置电流源包括基准电阻、基准晶体管、第一晶体管和第二晶体管，基准晶体管的通过基准电阻连接工作电压，第一晶体管和第二晶体管都与基准晶体管成镜像结构。通过改变基准电阻的大小来调节基准电流的大小，可以改变偏置电流的大小，从而改变负电容电路的中心频率和带宽。本实用新型适用于所有需要负电容的射频微波电路。
Description
技术领域
本实用新型涉及射频微波领域，尤其是涉及一种应用于射频微波电路的负电容电路。
背景技术
目前，第三代移动通信技术（The Third Generation, 3G）已经投入使用，它包括了WCDMA、TD-SCDMCA和CDMA2000三种不同的标准。在这三种标准中我们国家的频段分别为：
WCDMA
中国频段：1940MHz-1955MHz(上行)、2130MHz -2145MHz(下行) ；
TD-SCDMA
中国频段：1880-1920MHz、2010-2025MHz 、2300-2400MHz；
CDMA2000
中国频段：1920MHz -1935MHz(上行)、2110MHz -2125MHz(下行)。
随着移动通信技术的不断发展，移动通信终端设备的体积越来越小，而工作频率和集成度却越来越高。不管是在分立元件电路中还是在射频微波集成电路中，寄生电容都成为限制电路速度与频率的主要因素。以IC板寄生电容为例，在使用有源负载来产生大的负载电阻的高增益级，它的带宽就等于
其中是RL负载电阻，C是寄生电容，可见一个很小的寄生电容就能够对电路的带宽和速度产生很大的制约，严重影响电路性能的提高。
负电容电路能够通过部分抵消和消除的办法来降低寄生电容。当负电容电路与其它电路相连接时，相当于在节点处并联了一个负电容，从而将寄生电容抵消或消除，从而拓展电路的带宽，提高电路的速度和性能。
中华人民共和国国家知识产权局于2007年5月16日公开了公开号为CN1965471A的专利文献，名称是压控振荡器。它在权利要求4中提及到一种负性电容电路，具备：栅极端子连接到可变电容元件上，源极端子接地的第一场效应晶体管；漏极端子连接到上述第一场效应晶体管的栅极端子上，源极端子接地，栅极端子连接到该第一场效应晶体管的漏极端子上的第二场效应晶体管；连接到上述第一场效应晶体管的漏极端子上的电感器。此方案不能调节工作频带，适用性不够高。
发明内容
本实用新型主要是解决现有技术所存在的不易调节中心频率和带宽的技术问题，提供一种应用于射频微波电路，结构简单，易于调节中心频率和带宽，带宽大的负电容电路。
本实用新型针对上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种应用于射频微波电路的负电容电路，包括负电容转换结构和偏置电流源，负电容转换结构包括第一接点和第二接点，负电容转换结构连接偏置电流源，偏置电流源包括基准电阻、基准晶体管、第一晶体管和第二晶体管，基准晶体管、第一晶体管、第二晶体管都包括控制端、第一电流通路端、第二电流通路端；基准晶体管的第一电流通路端通过基准电阻连接工作电压，基准晶体管的控制端与第一电流通路端连接，基准晶体管的第二电流通路端接地；第一晶体管的第一电流通路端、第二晶体管的第一电流通路端分别与负电容转换结构连接，第一晶体管的控制端、第二晶体管的控制端都与基准晶体管的控制端连接，第一晶体管的第二电流通路端、第二晶体管的第二电流通路端都接地。第一接点和第二接点为与外部接点。通过改变基准电阻的大小来调节基准电流的大小，可以改变偏置电流的大小，从而改变负电容电路的中心频率和带宽。
作为优选，负电容转换结构包括第三晶体管、第四晶体管和电容，第三晶体管和第四晶体管都包括控制端、第一电流通路端、第二电流通路端，第三晶体管的控制端与第四晶体管的第一电流通路端连接并成为第一接点，第三晶体管的第二电流通路端与第一晶体管的第一电流通路端连接，第四晶体管的控制端与第三晶体管的第一电流通路端连接并成为第二接点，第四晶体管的第二电流通路端与第二晶体管的第一电流通路连接；电容两端分别连接第三晶体管的第二电流通路端和第四晶体管的第二电流通路端。通过改变第三晶体管和第四晶体管的沟道长宽比也可以调节负电容电路的中心频率和带宽。
作为优选，基准晶体管、第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管全部为NMOS管，控制端为栅极，第一电流通路端为漏极，第二电流通路端为源极。NMOS管功耗小，节省能源。
作为优选，负电容电路还包括第一分压电阻和第二分压电阻，第一分压电阻两端分别连接工作电压和第三晶体管的第一电流通路端，第二分压电阻两端分别连接工作电压和第四晶体管的第一电流通路端。改变分压电阻也可以改变负电容电路的中心频率和带宽，得到理想的值，并可以降低功耗，稳定电路。
在集成电路中，相对于电阻和电容这些无源元件，集成电感是最难实现的，因此多数版图设计者从不使用集成电感。但是在射频微波集成电路中，电感却是不可或缺的。集成电路中只有约100nH的电感可被集成，而且得到的电感品质因数很低，尤其是当电感制作在低阻衬底上时品质因数会更低。负电容电路在射频微波集成电路中可以充当模拟电感使用，其实现的等效电感值可以达到很高，远大于100nH。
本实用新型带来的有益效果是，结构简单，功耗小，易于实现，具有较大的带宽，易于调节中心频率和工作带宽。
附图说明
图1是本实用新型的一种电路原理图；
图2是本实用新型的一种带宽图；
图中：1、偏置电流源，2、负电容转换结构，3、分压电阻，4、第一接点，5、第二接点。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：本实施例的一种应用于射频微波电路的负电容电路，如图1所示，包括偏置电流源1、负电容转换结构2和分压电阻3。
偏置电流源1包括基准电阻RREF、基准MOS管M0、第一MOS管M1和第二MOS管M2；基准MOS管M0的漏极通过基准电阻RREF连接工作电压VDD，基准MOS管M0的栅极与漏极连接，源极接地；第一MOS管M1的栅极、第二MOS管M2的栅极都与基准MOS管M0的栅极连接，第一MOS管M1的源极、第二MOS管M2的源极都接地。RREF为25KΩ，M0、M1、M2具有相同的沟道长度为L0=L1=L2=0.6μm，沟道宽度分别为W0=1.9μm，W1=W2=19μm。即是M1和M2管具有相同的参数，从而保证流过两管的镜像电流相等。M1和M2的沟道长度与M0相等，而沟道宽度是M0的十倍，即是保证在理想情况下镜像电流ID1和ID2为基准电流IREF的十倍。
负电容转换结构2包括第三MOS管M3、第四MOS管M4和电容C，第三MOS管M3的栅极与第四MOS管M4的漏极连接并成为第一接点4，第三MOS管M3的源极与第一MOS管M1的漏极连接，第四MOS管M4的栅极与第三MOS管M3的漏极连接并成为第二接点5，第四MOS管M4的源极与第二MOS管M2的漏极连接；电容C两端分别连接第三MOS管M3的源极和第四MOS管M4的源极。M3和M4两个管子具有相同的参数，L3=L4=0.6μm，W3=W4=27μm，这样两个管子构成一个负阻抗转换结构，将跨接在源极的电容C转换为输入阻抗的负值。电容C为100fF。
分压电阻3包括第一分压电阻R1和第二分压电阻R2。第一分压电阻R1两端分别连接工作电压VDD和第三MOS管M3的漏极，第二分压电阻R2两端分别连接工作电压VDD和第四MOS管M4的漏极。第一分压电阻R1和第二分压电阻R2的阻值都为700Ω。分压电阻3是在保证M3和M4管工作于饱和区的前提下分掉部分电压，以便减小镜像电流ID1和ID2，稳定电路，降低电路功耗。
如图2所示，在工作电压VDD为2.5V的情况下，负电容电路中心频率为2.2GHz，带宽为1.2GHz，静态功耗为4.2mW。该电路覆盖3G标准的所有频段，可直接应用于3G通信终端设备中。
本实施例的负电容电路还可以作为190nH左右的模拟电感应用于射频微波集成电路中。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了晶体管、负电容转换结构等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。
Claims (5)
1. 一种应用于射频微波电路的负电容电路，包括负电容转换结构和偏置电流源，其特征在于，所述负电容转换结构包括第一接点和第二接点，所述负电容转换结构连接所述偏置电流源，所述偏置电流源包括基准电阻、基准晶体管、第一晶体管和第二晶体管，所述基准晶体管、所述第一晶体管、所述第二晶体管都包括控制端、第一电流通路端、第二电流通路端；所述基准晶体管的第一电流通路端通过所述基准电阻连接工作电压，所述基准晶体管的控制端与第一电流通路端连接，所述基准晶体管的第二电流通路端接地；所述第一晶体管的第一电流通路端、所述第二晶体管的第一电流通路端分别与负电容转换结构连接，所述第一晶体管的控制端、所述第二晶体管的控制端都与所述基准晶体管的控制端连接，所述第一晶体管的第二电流通路端、所述第二晶体管的第二电流通路端都接地。
2.根据权利要求1所述的一种应用于射频微波电路的负电容电路，其特征在于，所述负电容转换结构包括第三晶体管、第四晶体管和电容，所述第三晶体管和所述第四晶体管都包括控制端、第一电流通路端、第二电流通路端，所述第三晶体管的控制端与第四晶体管的第一电流通路端连接并成为第一接点，所述第三晶体管的第二电流通路端与所述第一晶体管的第一电流通路端连接，所述第四晶体管的控制端与所述第三晶体管的第一电流通路端连接并成为第二接点，所述第四晶体管的第二电流通路端与所述第二晶体管的第一电流通路连接；所述电容两端分别连接所述第三晶体管的第二电流通路端和所述第四晶体管的第二电流通路端。
3.根据权利要求2所述的一种应用于射频微波电路的负电容电路，其特征在于，所述基准晶体管、所述第一晶体管、所述第二晶体管、所述第三晶体管、所述第四晶体管全部为NMOS管，控制端为栅极，第一电流通路端为漏极，第二电流通路端为源极。
4.根据权利要求1或2所述的一种应用于射频微波电路的负电容电路，其特征在于，还包括第一分压电阻和第二分压电阻，所述第一分压电阻两端分别连接工作电压和所述第三晶体管的第一电流通路端，所述第二分压电阻两端分别连接工作电压和所述第四晶体管的第一电流通路端。
5.根据权利要求3所述的一种应用于射频微波电路的负电容电路，其特征在于，还包括第一分压电阻和第二分压电阻，所述第一分压电阻两端分别连接工作电压和所述第三晶体管的第一电流通路端，所述第二分压电阻两端分别连接工作电压和所述第四晶体管的第一电流通路端。
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