10、电感峰化限幅放大器的设计与分析

电感峰化限幅放大器的设计与分析

1. 电感峰化限幅放大器设计前的考量

在设计电感峰化限幅放大器之前，需要考虑潜在的电感耦合问题。多个螺旋电感近距离放置时，不同电感之间可能会产生磁耦合。

2. 电感相关内容

2.1 电感结构

差分限幅放大器中主要使用基于 T 型线圈的双中心抽头电感结构。这种结构能最大化两分支等效电感之间的耦合系数$k_i$，从而增加有效电感值。

使用串联多金属层可实现更大的电感值，但会增加串联电阻。而并联金属层可因有效导体直径增加而降低串联电阻，但现代工艺中较大的过孔电阻会限制其改善效果。此外，较低的金属层与衬底之间的寄生电容会增加，降低电感的自谐振频率。由于放大器中的峰化电感不需要高品质因数，可使用多金属层，但为简化设计，可限制使用数字 CMOS 工艺中的标准顶层金属层。

电感设计参数如下表所示：
| 外径 [µm] | 线宽 [µm] | 线间距 [µm] | 匝数 | 金属层 | 金属厚度 [µm] |
| — | — | — | — | — | — |
| 250 | 6.0 | 5.0 | 7 | Met 6（顶层） | 0.86 |

2.2 磁耦合系数

考虑一个半径为$a$、匝数为$N_1$、中心为$O$的圆形螺旋电感，以及电感平面上距离中心$l$的点$Q$。通过电感的电流$I_1$在$Q$点产生的磁场可表示为：
$B_{21}=\frac{\mu_0 I_1 N_1 a}{4\pi}\int_{0}^{2\pi}\frac{\sin(\varphi + \delta)}{l^2 + a^2 + 2al