Гуанбао Шань1, Яньвэнь Чжэн2, Хуэйхуа Цао3, В.И. Гончаренко4

1-3 Школа микроэлектроники, Университет Сидянь (Сиань, Китай)

4 Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) (Москва, Россия)

1 gbshan@xidian.edu.cn; 4 vladimirgonch@mail.ru

Постановка проблемы. Многодиапазонные реконфигурируемые радиочастотные (RF) трансиверы широко используются в интерфейсах «мозг - машина» и в имплантируемых медицинских диагностических устройствах. Их производительность, габаритные размеры и стоимость в значительной степени зависят от индукторов. Низкая рабочая частота, ограниченный диапазон настройки и крупный размер современных настраиваемых индукторов накладывают ограничения на использование RF-трансиверов.

Цель. Представить метод настройки индуктивности с магнитной связью.

Результаты. Рассмотрен метод настройки индуктивности с магнитной связью и проведен его подробный анализ. Показано, что по сравнению с фиксированным индуктором площадью 95×130 мкм в диапазоне от постоянного тока (DC) до 20 ГГц достигается непрерывно настраиваемое значение индуктивности 0,61–3,05 nH (самоиндуктивность составляет 1,03 nH), а диапазон настройки составляет 80%, а коэффициент качества Q=68,7. Эквивалентное значение индуктивности настроено в пределах от 0,56 до 2,96 от значения самоиндукции без изменения конструкции схемы и увеличения площади чипа.

Практическая значимость. Предложенный метод настройки индуктивности с магнитной связью позволяет улучшить широкополосный отклик и узкополосные возможности работы RF-трансиверов.

Гуанбао Шань, Яньвэнь Чжэн, Хуэйхуа Цао, Гончаренко В.И. Индуктор с непрерывной настройкой в широком диапазоне частот, основанный на модуляции фазы // Радиотехника. 2025. Т. 89. № 9. С. 175−180. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202509-19

1. Basir A., Yoo H. Efficient Wireless Power Transfer System with a Miniaturized Quad-Band Implantable Antenna for Deep-Body Multitasking Implants // IEEE Trans. Microw. Theory Techn. 2020. V. 68. № 5. Р. 1943-1953. DOI: 10.1109/TMTT.2020.2965938.
2. Liu J.S., Wang Y., Guo R., Wang Q.Y., Zheng J.F., Kurpad K., Kainz W., Chen J. A Cascaded Heterogeneous Equivalent Network for Evaluating RF-Induced Hazards on Active Implantable Medical Devices // IEEE Trans. Electromagn. Compat. 2022. V. 64. № 2. P. 286-294. DOI: 10.1109/TEMC.2021.3121203.
3. Reich S., Sporer M., Haas M., Becker J., Schuttler M., Ortmanns M. A High-Voltage Compliance, 32-Channel Digitally Interfaced Neuromodulation System on Chip // IEEE J. Solid-State Circuits. 2021. V. 56. № 8. P. 2476-2487. DOI: 10.1109/JSSC.2021.3076510.
4. Ler C.L., bin A'ain A.K., Kordesch A.V. Reply to Comments on “Compact, High-Q, and Low-Current Dissipation CMOS Differential Active Inductor” // IEEE Microw. Wireless Compon. Lett. 2008. V. 18. № 10. P. 683-685. DOI: 10.1109/LMWC.2008.2003465.
5. Herbert T.B., Hyland J.S., Abdullah S., Wight J., Amaya R.E. An Active Bandpass Filter for LTE/WLAN Applications Using Robust Active Inductors in Gallium Nitride // IEEE Trans. Circuits Syst. II Exp. Briefs. 2021. V. 68. № 7. P. 2252-2256. DOI: 10.1109/TCSII.2021.3054739.
6. Zaiden D.M., Grandfield J.E., Weller T.M., Mumcu G. Compact and Wideband MMIC Phase Shifters Using Tunable Active Inductor-Loaded All-Pass Networks // IEEE Trans. Microw. Theory Techn. 2018. V. 66. № 2. P. 1047-1057. DOI: 10.1109/TMTT.2017.2766061.
7. Rabbani S., Narayana S., Singh Y.K. A Novel Concurrent Dual Band Matching Network for Complex to Real Impedance Matching for RF Applications // IEEE Trans. Circuits Syst. II Exp. Briefs. 2023. V. 70. № 1. P. 66-70. DOI: 10.1109/TCSII.2022.3208509.
8. Xu L.J., Xu J.P., Chu Z.J., Liu S., Zhu X.W. Circularly Polarized Implantable Antenna with Improved Impedance Matching // IEEE Antennas Wireless Propag. Lett. 2020. V. 19. № 5. P. 876-880. DOI: 10.1109/LAWP.2020.2983216.
9. Wainstein N., Kvatinsky S. TIME-Tunable Inductors Using MEmristors // IEEE Trans. Circuits Syst. I: Reg. Papers. 2018. V. 65. № 5. P. 1505-1515. DOI: 10.1109/TCSI.2017.2760625.
10. Son K.Y., Kim T., Kwon K. A Dual-Band CMOS Tunable Duplexer Employing a Switchable Autotransformer for Highly Integrated RF Front Ends // IEEE Microw. Wireless Compon. Lett. 2019. V. 29, № 7. P. 495-497. DOI: 10.1109/LMWC.2019.2920512.
11. Chen H.H., Wang X.J., Gao Y., Shi X.L., Wang Z.G., Sun N., Zaeimbashi M., Liang X.F., He Y.F., Dong C.Z., Wei Y.Y., Jones J.G., Page M.R., Howe B.M., Brown G.J., Sun N.X. Integrated Tunable Magnetoelectric RF Inductors // IEEE Trans. Microw. Theory Techn. 2020. V. 68. № 3. P. 951-963. DOI: 10.1109/TMTT.2019.2957472.
12. Vroubel M., Yan Zhuang, Rejaei B., Burghartz J.N. Integrated Tunable Magnetic RF Inductor // IEEE Electron Device Lett. 2004. V. 25. № 12. P. 787-789. DOI: 10.1109/LED.2004.839208.
13. Du S.S., Yang Q.H., Fan X.N., Wang M., Zhang H.W. A Compact and Low-Loss Tunable Bandpass Filter Using YIG/GGG Film Structures // IEEE Microw. Wireless Compon. Lett. 2017. V. 27. № 5. P. 431-433. DOI: 10.1109/LMWC.2017.2691059.