桥T线圈电路的实现与设计
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T线圈在集成电路设计中有着非常重要的地位，尤其是高速电路设计的I/O单元、宽带匹配等电路中有广泛应用。本文翻译拉扎维发表在《A Circuit for All Seasons》杂志上关于T线圈的文章，非常具有参考价值。 The Bridged T-Coil 桥T线圈 By Behzad Razavi(拉扎维) 桥T线圈(The bridged T-coil)，通常称为T线圈(T-coil)，是一种电路拓扑结构，其带宽扩展性能要大于电感峰化(inductive peaking)。如今的许多高速放大器(high-speed amplifier)、线路驱动器(line driver)以及输入/输出接口(input/output interfaces, I/O)在应对寄生电容时都会在芯片上整合T线圈。在这篇文章中，我们将介绍和分析其基本结构，并研究其应用。 简短历史 线圈电路可以追溯到1948年Ginzton等人对分布式放大器的经典论文。作者们将这个结构称为"桥T连接"，并将其与等效电路一起呈现，如图1所示。
图1：1948年由Ginzton等人描述的桥T线圈电路。 T线圈在带宽增强方面的应用始于1960年代末的Tektronix工程师。他们需要为示波器(oscilloscope)的前端(front end)设计快速的"垂直"放大器，这促使他们创新了许多宽带电路技术，并且Tektronix的设计师们看到了T线圈的显著优势。仪器制造商对T线圈电路的设计细节保密了很多年。直到1990年，前Tektronix工程师Dennis Feucht在他的书中公开了T线圈的设计方程。 早期的T线圈实现主要基于分立的、非片上的电感或变压器，但会受到电路板寄生效应、键合线电感，以及与其他信号之间的不期望的耦合的影响。1980年代末和1990年代初出现了一些GaAs工艺集成电路的实现。随着1990年代射频电路的革命和对集成电感的巨大工作，T线圈必然也会找到其在CMOS芯片上的位置。当然，芯片结构的有限Q值和寄生电容会带来新的问题。此外，还需要在两个螺旋电感之间创建一个明确的耦合因子。2003年，有两篇论文描述了集成T线圈的设计以及它们在宽带驱动器(broadband driver)和静电放电保护电路(ESD protection)中的应用。 基本思想 桥T线圈是双端桥T网络的一种特例。它由两个相互耦合的电感和一个桥接电容组成（如图2）。耦合极性很重要，而这两个电感值通常选择是相等的。当某些负载连接到这个电路时，节点1或2处看到的阻抗以及从这些节点到节点3的传输函数会呈现出一些有趣的特性。
图2：基本的桥T线圈结构 例如，考虑图3(a)中显示的简单共源级，其具有负载电容的电路。在高频时，的小信号漏电流会被分流，导致下降。我们可以将一个电感并联在上[图3(b)]，使和的串联阻抗随频率增加，从而强迫更多的电流通过，从而减少总增益的下降。或者，我们可以在信号路径中插入一个T线圈电路，如图3(c)所示。我们关心的是传输函数及其作为组件值函数的行为。
图3：共源级与(a)简单的电阻负载，(b)电感峰化(inductive peaking)和(c)T线圈峰化(T-coil peaking) 传输函数可以使用额外元定理(Extra Element Theorem,EET)或变换得出，具体如下： 其中， 这里，表示图3(c)中显示的和之间的互感。这个传输函数没有提供太多的直观感受，但是其中的一个特例在数学和实际应用上都更易处理。我们假设，并选择这样的值，使得公式(1)中的零点被两个极点抵消。如文献中所示，如果满足以下两个条件，这就可以实现， 其中是耦合系数，等于，并且 得到的二阶传输函数形式如下 其中 对于设计目的，我们选择阻尼因子的值，并希望确定其他电路参数。解上述方程，由文献得出， 这些结果与文献中的结果一致。值得注意的是，随增加，即更紧密的耦合对应更有阻尼的响应。 |
