Cuộn cảm tích cực đƣợc mô hình hóa thành mạch điện tƣơng đƣơng RLC mắc song song. Để tăng hệ số chất lƣợng của cuộn cảm các cách thƣờng dùng là giảm điện trở nối tiếp rs, tăng điện trở song song Rp (mắc cascode) . Ngoài ra một kĩ thuật khác thƣờng dùng trong thiết kế cuộn cảm tích cực là thêm điện trở âm (NIC).
1 2 1 1 in in m Z Z g (2.24)
Mối liên hệ giữa hệ số chất lƣợng, hệ số khuếch đại và tần số trung tâm của cuộn cảm tích cực bậc 2. Khi tăng tần số cộng hƣởng, vẫn giữ nguyên hệ số chất lƣợng thì hệ số khuếch đại giảm. Muốn tăng hệ số khuếch đại cần tăng Q.
0 ( ) ~ Q
A v
Dòng điện Ibias quyết định giá trị điện trở âm. Giải thích tại sao mạch điện lại có điện trở âm ? Điện trở có giá trị dƣớng nếu khi tăng điện áp vào điện trở thì dòng điện vào sẽ tăng. Với mạch điện trở âm, khi điện áp vào Zin1 tăng, dẫn đến dòng điện qua M1 tăng. Do dòng Ibias là cố định nên dòng qua M2 giảm. Và dòng qua M2 chính là dòng vào nút Zin1. Nên mạch có hiệu ứng điện trở âm.
Điều chỉnh hệ số chất lƣợng
Hệ số điều chỉnh từ 10 tới 200 và tần số trung tâm thay đổi tầm 50MHz, bởi vì mạch điện kháng âm (NIC) lấy bớt dòng điện từ cuộn cảm, do vậy để giữ nguyên tần số trung tâm thì cần bù một lƣợng dòng cân bằng đã mất.
Hình 48 Mạch lọc tích cực sử dụng điện kháng âm để tăng hệ số chất lượng
M7a,M7b, M12 đóng vai trò là điện trở âm.
Một phƣơng pháp khác là điều chỉnh hệ số chất lƣợng và tần số trung tâm một cách độc lập.
M1,M2,M3 tạo thành cuộn cảm tích cực M4,M5,M6 nguồn dòng
Min,Mout là tầng lối vào để phối hợp trở kháng
MI và MQ là tụ MOS, thay đổi điện áp VI và VQ tƣơng ứng với thay đổi tần số trung tâm và hệ số chất lƣợng một cách độc lập.
CHƢƠNG 3 - THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG TRÊN CADENCE